​Традиционно для тонкого измельчения применяются неэффективные шаровые или башенные мельницы со стальной средой. Нередко улучшение высвобождения нейтрализуется негативным воздействием стальной среды на процесс флотации. Хотя преимущества инертного измельчения хорошо известны, до появления IsaMill™ отсутствовала мельница тонкого измельчения, в которой бы использовались эти преимущества.

Преимущества инертного измельчения

Если минерал или металл погружен в воду, он приобретает электрический потенциал относительно воды (Kocabag 1985). При этом основными реакциями становятся реакции окисления (минерала и ксантатов) и восстановления (кислорода). Когда сульфидные минералы вступают во взаимодействие со стальной средой в воде, образуется электрохимический или гальванический элемент с максимальным остаточным потенциалом на аноде (т.е. стальной среде) и минимальным - на катоде.

Окислительная реакция: Fe -> Fe2+ + 2e- окисление стальной среды: анод 
Восстановительная реакция: 2e- + H2O + ½ O2 -> 2OH- восстановление кислорода: катод

Измельчение в условиях стальной среды имеет ряд нежелательных последствий:

  • Влияние на окислительно-восстановительный потенциал:восстанавливающая среда уменьшает количество растворенного кислорода и окислительно-восстановительный потенциал пульпы. Сорбционная способность коллектора зависит от окислительно-восстановительного потенциала и может потребовать окисления ксантатов до диксантогена. Для удовлетворительной флотации окислительно-восстановительный потенциал должен быть повышен (после измельчения в инертной среде может также потребоваться аэрация, если образованные поверхности имеют большую потребность в кислороде).
  • Окисление стальной среды измельчения влечет образование пленки гидроксида железа на минеральных поверхностях. Это заметно даже при крупном самоизмельчении. Эта пленка снижает селективность при флотации как крупных, так и мелких частиц. При тонком измельчении влияние сильнее, поскольку расход среды выше и площадь создаваемых поверхностей больше.
  • Восстановление кислорода на минеральных поверхностях способствует осаждению гидрофильных нерастворимых гидроокисей металла на поверхности сульфидных минералов. Этот эффект более выражен на тонких частицах.

Воздействие стальной среды на флотацию может быть частично нейтрализовано повышением pH и увеличением подачи реагентов, но это снижает общую селективность флотации. При высокой интенсивности поверхностная пленка может быть частично удалена, но это требует значительных капиталовложений, затрат на эксплуатацию и обслуживание.

Более эффективное решение состоит в том, чтобы направить усилия на коренную причину проблемы, и поддерживать все минеральные поверхности чистыми за счет использования инертной среды. Хотя выполнена значительная работа, показывающая преимущества флотации при использовании среды с высоким содержанием хрома и преимущества самоизмельчения относительно традиционного измельчения, отсутствуют достаточные данные промышленных применений полностью инертной среды, поскольку до недавнего времени этот вариант не считался целесообразным. Измельчение в мельнице IsaMill™ с полностью инертной средой является следующим шагом к повышению извлечения при флотации - улучшенное высвобождение без негативных последствий для химии флотации обеспечивает хорошую эффективность флотации во всем диапазоне классов крупности.

Повышение эффективности флотации за счет инертного измельчения

Перед флотацией минералы должны быть высвобождены в достаточной степени. Измельчение в мельнице со стальной средой позволяет высвободить минералы, но нередко это приводит к неудовлетворительной химии флотации. Это объясняется эффектом гидроокисей железа на поверхности частиц. Это равнозначно двум шагам вперед с точки зрения высвобождения и одному шагу назад с точки зрения химии.

Негативные последствия измельчения стальной средой более выражены применительно к мелкой фракции - вплоть до одного шага вперед с точки высвобождения и двух шагов назад с точки зрения химии. В результате, на большинстве предприятий принято считать, что "тонкая фракция не флотируется". Графики зависимости извлечения от крупности фабрик часто имеют классическую выпуклую форму с высоким извлечением при средней крупности и низким извлечением тонких или крупных классов.

В действительности же, тонкие частицы хорошо флотируются в традиционных флотомашинах с извлечением свыше 95% при крупностях до 1 мкм при высоком содержании минерала в руде. Проблемы при флотации мелкой фракции возникают на большинстве предприятий из-за измельчения стальной средой и конфигурации цикла. На большинстве фабрик все классы крупности перерабатываются вместе, как если бы они обладали одинаковыми свойствами. Но это не так: тонкая фракция имеет больший поверхностный слой и нуждается в большем количестве коллектора и в более длительной флотации. Если тонкая фракция смешивается с крупной фракцией с чистыми поверхностями, оператор не имеет возможности создать оптимальные условия и для крупных, и для тонких частиц. Эффект усиливается, если присутствуют композитные частицы средней крупности, которые при перечистке необходимо отделить, чтобы получить необходимое содержание в концентрате: композитные частицы могут иметь большую открытую ценную площадь поверхности, чем высвобожденные тонкие частицы, поэтому вместе с первыми отделяются и последние. Наконец, проблемы возникают, если на фабрике этот материал затем возвращается с добавлением свежего питания в машины основной флотации, в результате чего повышается циркулирующая нагрузка материала с очень неоднородными свойствами.

В то же время, тонкая фракция может стать наиболее эффективной частью цикла, если она будет правильно перерабатываться. Она полностью высвобождается, поэтому при условии правильной поверхностной химии и защиты от механического уноса возможно очень высокое извлечение и содержание при значительно более низком расходе реагентов.

Основные принципы проектирования эффективной флотации тонкой фракции следующие:

  • Не измельчать материал больше, чем нужно. Измельчение стоит дорого, поэтому нужно высвобождать только то, что нужно на данной стадии, и извлекать минерал, как только он высвобожден. Во многих случаях возможно более крупное измельчение перед основной флотацией с последующим доизмельчением меньшего тоннажа концентрата основной флотации. Постадийное измельчение значительно снижает общее энергопотребление и может быть с легкостью реализовано с помощью IsaMill™ - компактность IsaMill™ позволяет установить мельницу в нескольких точках цикла флотации. Кроме того, измельчение инертной средой улучшает химию цикла.
  • Использовать измельчение для улучшения свойств поверхностей, а не для их ухудшения. Постадийное доизмельчение намного менее привлекательно при измельчении стальной средой, поскольку оно вредит химии флотации. Инертная среда в IsaMill™ устраняет эту проблему и позволяет измельчать материал именно там, где это необходимо, и получать свежую поверхность. Два шага вперед с точки зрения высвобождения и два шага вперед с точки зрения химии.
  • Флотация минералов в узком диапазоне классов крупности. Это не означает создания "песко-шламовых" циклов, а означает проектирование с учетом потребностей разных минералов в разных частях цикла. Постадийное измельчение решает эту задачу - минералы извлекаются по мере высвобождения, затем оставшиеся минералы доизмельчаются и тоже извлекаются. Очень крутая кривая распределения по классам крупности, обеспечиваемая IsaMill™, также способствует повышению эффективности флотации.
  • Сведение к минимуму циркулирующей нагрузки и максимальное использование открытого цикла. Если минерал не извлечен на ранней стадии, необходимо либо дополнительное высвобождение, либо улучшение поверхностной химии. В IsaMill™ возможно и то, и другое. Не возвращайте тонкую фракцию в начало цикла для смешивания со свежей крупной фракцией. Она прекрасно флотируется, если будут созданы необходимые условия на участке флотации тонкой фракции.
  • Следить за уносом. При чистых поверхностях и правильном выборе коллектора ценная тонкая фракция прекрасно флотируется в любой флотомашине, хотя мелкие частицы пустой породы также извлекаются вследствие уноса с водой. Чтобы свести к минимуму разбавление, при проектировании цикла необходимо обеспечить минимальное время флотации (т.е. ускорить кинетику тонкой фракции за счет более мелких пузырьков), минимальную плотность при флотации в традиционных флотомашинах или использовать промывку пены. Одновременное использование высокоинтенсивной машины с промывкой пены, такой как флотомашина Джеймсон, и традиционных флотомашин является одним из эффективных решений для получения высокого содержания в концентрате и извлечения из тонкой фракции при компактности конструкции (http://www.jamesoncell.com).

Названные выше принципы известны уже не одно десятилетие. Не хватало лишь средств их применения. Мельницы со стальной средой не менялись принципиально на протяжении последних 80 лет - они лишь становились крупнее. С появлением IsaMill™ все изменилось. Теперь компактная мельница мощностью до 8 мВт может быть установлена непосредственно в цикле флотации для получения крутой кривой распределения по классам крупности без применения гидроциклонов. Измельчение инертной средой способствует химии процесса, т.е. ускоряет флотацию при меньшем расходе реагентов. Постадийное доизмельчение позволяет первоначально использовать более крупную фракцию, уменьшить циркулирующую нагрузку, снизить мощность мельниц и оптимизировать флотацию получаемых частиц.

Новое оборудование для применения давно известных принципов. Более компактное производство, значительно более низкое энергопотребление и большая эффективность означат революцию в проектировании технологического цикла.