GÓRNICTWO I GEOLOGIA ` 2011 Tom 6 Zeszyt 2 Bożena SKORUPSKA, Andrzej WIENIEWSKI, Norbert KUBACZ Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice MOŻLIWOŚCI PRODUKCJI KONCENTRATÓW MIEDZIOWYCH O ZRÓŻNICOWANEJ ZAWARTOŚCI SKŁADNIKÓW ORGANICZNYCH Streszczenie. W referacie przedstawiono wyniki badań wielkolaboratoryjnych i przemysłowych oraz możliwości produkcji koncentratów miedziowych o zróżnicowanej zawartości składników organicznych z zastosowaniem flotacji segregującej. Podano warunki procesu rozdziału koncentratu oraz oceniono możliwość produkcji koncentratów przeznaczonych dla przetopu w piecu szybowym i zawiesinowym. POSSIBILITY OF COPPER CONCENTRATES PRODUCTION OF DIFFERENT ORGANIC ELEMENTS CONTENT Summary. In the paper the pilot plant researches and industry tests of final concentrate flotation were presented. Based on segregating flotation two copper concentrates of different carbon element content were obtained. The conditions of segregation flotation and production possibility of two concentrates: one for flash smelting and the other for shaft process were presented. 1. Wprowadzenie Systematyczny wzrost ilości łupków, najważniejszego źródła węgla organicznego, w rudzie kierowanej do wzbogacania, jest przyczyną pogłębiających się trudności związanych ze wzbogacaniem oraz utrudnień w procesie metalurgicznym. Średnie zawartości C org w litologicznych odmianach rudy miedzi przedstawia tabela 1 (Kijewski, Leszczyński 2010).
202 B. Skorupska, A. Wieniewski, N. Kubacz Seria litologiczna Średnie zawartości C org w litologicznych odmianach rudy miedzi Tabela 1 Zawartość C org [%] KGHM Lubin- Małomice Polkowice Sieroszowice Rudna GG-P 1,53 0,69 1,28 0,72 1,53 1,10 Wapienie dolomity Łupki 6,06 5,74 7,08 8,17 7,13 6,75 Piaskowce 0,22 0,25 0,36 0,38 0,74 0,33 Wszystko wskazuje na to, że w miarę wyczerpywania się złoża i sięgania do nowych zasobów trudności te będą narastać. Również planowana zmiana systemów eksploatacyjnych i związane z tym zmniejszenie wysokości furty eksploatacyjnej spowoduje wzrost zawartości węgla organicznego w urobku. Analizę zawartości węgla organicznego, wg oznaczeń CBJ Sp. z o.o. w Lubinie, w rudzie kierowanej do wzbogacania w ZWR Oddz. Rudna i produkowanych koncentratach przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1. Zawartość węgla organicznego w nadawie i koncentracie w latach 1990 2009 w rejonie Rudna Fig. 1. C org content in the feed and concentrate in Rudna Plant within the years 1990 2009 Z analizy tej wynika, że w wieloletnim okresie ilość węgla organicznego w rudzie kierowanej do wzbogacania zwiększyła się niemal dwukrotnie, natomiast w produkowanych koncentratach wzrost ilości węgla organicznego był niższy. W bilansie energetycznym procesu przetopu krajowych koncentratów w procesie zawiesinowym główną pozycję zajmuje ciepło ze spalania C org. Ze względu na ograniczone możliwości odbioru ciepła w procesie,
Możliwości produkcji koncentratów 203 przekroczenie pewnej zawartości węgla organicznego w koncentracie powoduje konieczność obniżenia wydajności pieca. Obniżenie to zostało określone na ponad 20 Mg/h przy wzroście zawartości C org o 1% powyżej poziomu 7%. Możliwość regulacji stężenia C org, w nadawie kierowanej do procesu zawiesinowego pozwalałaby na sterowanie wydajnością przetopu koncentratów w zależności od bieżących potrzeb. Możliwość taką stwarza wspólny przetop koncentratu suszonego i koncentratu po operacji prażenia. Wymaga to jednak wprowadzenia dodatkowej operacji (zaprojektowanie i budowa specjalnego pieca prażalniczego), odpowiedniego przygotowania wsadu (mieszanie w określonej proporcji koncentratu suszonego i wyprażonego) oraz oczywiście poniesienia dodatkowych kosztów. Zmianę wydajności pieca w zależności od dodatku koncentratu prażonego przedstawiono na rysunku 2 (Miczkowski Z., Czernecki i inni, 2010). Alternatywą takiego rozwiązania jest dostawa do huty dwóch koncentratów o zróżnicowanej zawartości węgla organicznego z przeznaczeniem do przetopu w dwu technologiach: w piecu zawiesinowym - koncentratu o obniżonej zawartości C org i w piecu szybowym - koncentratu o podwyższonej zawartości C org. Warunkiem takiego rozwiązania jest efektywny rozdział koncentratu końcowego procesu wzbogacania na dwa koncentraty o powyższych cechach. Również w tym przypadku operacja taka jest źródłem dodatkowych kosztów, niemniej koszty dodatkowych operacji przeróbczych będą przypuszczalnie niższe od koniecznych kosztów hutniczych. 120 Wydajność (konc. suszony + konc. prażony) [Mg/h] 110 100 90 80 70 60 15 Mg/h 10 Mg/h 5 Mg/h 0 Mg/h 7 7,5 8 8,5 Zawartość węgla organicznego [%] Rys. 2. Wydajność pieca zawiesinowego w zależności od zawartości węgla organicznego dla różnej ilości dodatku koncentratu prażonego Fig. 2. Capacity of flash furnace in relation to C org content for various amounts of roasted concentrate additions
204 B. Skorupska, A. Wieniewski, N. Kubacz W przeszłości prowadzono wiele prac nad ograniczeniem zawartości składników szkodliwych w produkowanych koncentratach, w tym nad uzyskaniem kontrolowanej zawartości węgla organicznego i ołowiu. W prowadzonych pracach uwzględniano charakter przerabianych rud oraz uwarunkowania procesu hutniczego. Dla osiągnięcia określonej zawartości węgla organicznego oraz zmniejszonej ołowiu w produkowanych koncentratach opracowano [Bortel, Kubacz i inni, 1985] rozwinięty schemat flotacji, który obejmował odflotowanie ołowiu i składników organicznych z zastosowaniu jedynie odczynników pianotwórczych. Podobny charakter miały badania prowadzone z początkiem lat 2000 na Politechnice Wrocławskiej, z tą różnicą że proces odflotowania składników hydrofobowych wspomagano przez stosowanie odczynników apolarnych [Drzymała, 2002]. Prowadzono również badania nad odołowianiem koncentratów miedziowych przez zastosowanie flotacji z użyciem polisacharydów [Drzymała i inni 2002, 2003, 2007]. W latach 2002 2004 prowadzono również rozdział koncentratu końcowego w hydrocyklonach w ZWR Oddz. Rudna. Prowadzone badania i uzyskane rezultaty nie były satysfakcjonujące dla hutnictwa i nie upoważniały do zmian technologii w procesie wzbogacania. Aktualnie, zmieniły się uwarunkowania zarówno procesu wzbogacania, jak i hutniczego. Dla produkowanych koncentratów o zawartości miedzi na poziomie 24-25% zawartość C org na poziomie powyżej 8% jest zdecydowanie za wysoka. W latach 2006-2010 w Instytucie Metali Nieżelaznych zostały podjęte prace, dotyczące sposobów ograniczenia zawartości węgla organicznego w produkowanych koncentratach w aktualnych warunkach górniczo przeróbczo hutniczych. W ramach prowadzonych prac (Skorupska B., Wieniewski A., Kubacz N. i inni, 2009) zostały przebadane w szerokim zakresie możliwości produkcji koncentratów w aspekcie aktualnych i przyszłych potrzeb metalurgicznych, w tym z zastosowaniem odczynników wpływających na prędkość flotacji minerałów miedzionośnych i substancji organicznej. W badaniach flotacyjnych wykorzystano m.in., znane i stosowane w dotychczasowej technologii flotacji rozdziału siarczkowych minerałów miedzi i ołowiu, depresory typu skrobi i dekstryn, [Gaudin 1963; Lin K.F., Budrick C.L., 1988; Liu Qi, Laskowski J. 1989; Liu Oi, Laskowski J., 2000; Lopez V. i inni 2003]. Korzystne rezultaty badań laboratoryjnych w zakresie depresji węgla organicznego skłoniły do przeprowadzenia w listopadzie 2010 roku próby wielkolaboratoryjnej i przemysłowej oraz opracowania technologii produkcji koncentratów dla procesu zawiesinowego i szybowego (Skorupska, Kubacz i inni 2011).
Możliwości produkcji koncentratów 205 Efektem prowadzonych prac było m.in. zgłoszenie projektu wynalazczego pt. Sposób wytwarzania koncentratów miedziowych o obniżonej zawartości składników organicznych - nr zgłoszenia P392598 (Skorupska, Wieniewski i inni 2010), oraz zgłoszenie pt. Sposób wytwarzania koncentratów miedziowych o zróżnicowanych zawartościach składników organicznych nr zgłoszenia P-394483 (Skorupska, Wieniewski i inni 2011). W referacie przedstawiono wyniki badań wielkolaboratoryjnych i przemysłowych, dotyczących produkcji koncentratów miedziowych o zróżnicowanych zawartościach składników organicznych z zastosowaniem flotacji segregującej. Podano warunki procesu rozdziału oraz schemat technologiczny produkcji koncentratów przeznaczonych do przetopu w piecu szybowym i zawiesinowym, a także oceniono możliwość produkcji takich koncentratów. 2. Próba wielkolaboratoryjna Badania wielkolaboratoryjne przeprowadzono w hali Zakładu Przeróbki Surowców Mineralnych IMN, na stanowisku badawczym wyposażonym w maszynę flotacyjną o pojemności 1m 3 (IF-1). Wyposażenie stanowiska zapewniało ciągłą flotację, symulującą warunki flotacji przemysłowej. Do badań pobrano koncentrat końcowy z ZWR Oddz. Rudna (ciąg nieparzysty) przed flotacją rozdzielającą. Charakteryzował się on wysoką zawartością miedzi 31,07% oraz zawartością węgla organicznego, zbliżoną do aktualnej średniej zawartości tego składnika w produkowanych koncentratach, wynoszącą 8,07%. Ilość koncentratu użytego do badań na stanowisku doświadczalnym IMN wyniosła około 1 Mg. Stanowisko doświadczalne składało się z maszyny flotacyjnej o pojemności 1m 3 (IF-1), wyposażonej w regulację poziomu i ilości doprowadzanego powietrza oraz mieszalnika o pojemności 6 m 3, do przygotowania nadawy kierowanej do flotacji. Stanowisko doświadczalne wyposażone było również w przepływomierz nadawy. Schemat stanowiska doświadczalnego wraz z miejscami odbierania produktów przedstawiono na rysunku 3.
206 B. Skorupska, A. Wieniewski, N. Kubacz Rys. 3. Stanowisko do prób wielkolaboratoryjnych flotacji koncentratu końcowego z ZWR rejon Rudna zlokalizowane w IMN Fig. 3. Located in IMN pilot stand for flotation of final concentrate from Rudna Plant Przebieg prób Przeprowadzono 11 prób flotacji; każda pojedyncza próba trwała nie krócej niż 45 60 minut. Zmiennymi parametrami flotacji były: poziom mętów w maszynie, natężenie przepływu nadawy (czas flotacji), gęstość mętów flotacyjnych. Ilość sprężonego powietrza była stała i wynosiła 2,5 m 3 /min. Parametry pracy oraz ilość i rodzaj odczynników zastosowanych do poszczególnych prób przedstawiono w tabeli 2. Parametry prowadzenia prób technologicznych Tabela 2 Nr próby Q N [dm 3 /min] Poziom piany [cm] Ilość powietrza [m 3 /min] Modyfikator [kg/mg] Odczynniki [ml] Ciężar 1l nadawy [g/1dm 3 ] 1 370 4 2 200 4 3 200 4 4 200 9,3 5 300 9,3 6 300 4 7 400 4 8 400 9,3 9 400 9,3 10 400 4 11 200 4 2,5 brak 2,0 odczynnik depresujący 60 zbieracza + 25 korflotu 25 zbieracza + 10 korflotu 20 zbieracza + 10 korflotu 1200 1200 1100
Możliwości produkcji koncentratów 207 Zastosowano następujące odczynniki flotacyjne: zbierający (mieszanka ksantogenianu etylowego i izobutylowego), pianotwórczy (Korflot) oraz depresor węgla organicznego (dekstryna żółta N). Odczynniki były dodawane bezpośrednio do mieszalnika nadawy. Pierwsze próby (1 i 2) prowadzono bez dodawania depresora węgla organicznego, natomiast w kolejnych dodano go w ilości 2 kg/mg koncentratu. Pobrane produkty flotacji poddawano analizie na zawartość Cu i C org, których wyniki przedstawiono w tab. 3. Tabela 3 Wyniki próby wielkolaboratoryjnej flotacji koncentratu końcowego [%] [%] [%] [%] [%] [%] 1 36,39 19,11 7,79 8,78 69,21 81,06 71,72 69,23 2 34,79 17,77 7,88 8,51 78,14 87,50 69,84 68,20 3 44,10 12,56 4,44 12,17 58,69 83,30 53,04 29,18 4 46,71 12,29 4,12 12,71 54,56 82,03 54,02 27,58 5 49,63 14,81 3,22 12,14 46,70 74,59 45,63 18,21 6 31,07 48,87 14,13 8,07 3,86 11,79 48,76 76,70 46,91 22,44 7 50,45 14,92 3,27 11,43 45,45 73,81 41,18 16,68 8 49,21 14,97 3,01 11,30 47,02 74,47 38,96 14,53 9 58,18 16,99 1,27 10,79 34,18 64,01 28,57 4,50 10 56,95 16,82 1,45 11,37 35,51 65,09 33,27 5,98 11 51,82 13,23 2,34 12,43 46,23 77,10 43,21 12,53 Pierwsze próby flotacji (próba 1 i 2) przeprowadzono bez dodania odczynnika depresującego. W takich warunkach nie uzyskano produktów o znaczącym zróżnicowaniu pod względem zawartości C org. W produktach rozdziału różnica w zawartości C org w produkcie pianowym i produkcie komorowym wynosiła ok. 1%. Zawartość Cu w produkcie pianowym dla 1 i 2 próby kształtowała się na poziomie ok. 35%, natomiast w produkcie komorowym ok. 18,5%. Dodanie odczynnika depresującego w kolejnych próbach (3-8) zmieniło znacząco przebieg flotacji, czego rezultatem był rozdział pod kątem zawartości C org, jak również wpłynęło na zawartość miedzi w tych produktach. W produkcie pianowym średnia zawartość C org. wyniosła 3,65%, natomiast w produkcie komorowym 11,92%. W stosunku do pierwszych dwóch prób zawartość miedzi w koncentracie (produkcie pianowym) podwyższyła się o ponad 10%, przy obniżeniu zawartości miedzi w odpadzie (produkt komorowy) o ok. 4%.
208 B. Skorupska, A. Wieniewski, N. Kubacz W próbach od 9 do 11 rozrzedzono nadawę do zagęszczenia ok. 1100 g/dm 3. Ilość stosowanego depresora pozostała niezmieniona i wynosiła 2 kg/mg. W wyniku zmniejszenia zagęszczenia nadawy osiągnięto wyższą jakość koncentratu pod względem zawartości Cu średnia zawartość wyniosła 55,65% Cu. Natomiast zawartość C org była na poziomie 1,7%. 3. Próba przemysłowa Próbę przemysłową prowadzono w maszynie flotacyjnej o pojemności 1m 3 przez kolejnych 12 zmian na stanowisku przemysłowym zlokalizowanym na nieparzystych ciągach ZWR Oddz. Rudna. Schemat stanowiska przedstawiono na rysunku 4. Rys. 4. Stanowisko przemysłowe do rozdziału koncentratu końcowego zlokalizowane na nieparzystych ciągach Oddz. Rudna Fig. 4. Industry installation located in odd process lines of Rudna Plant for final concentrate separation Wyposażenie stanowiska było takie samo jak wyposażenie stanowiska wielkolaboratoryjnego. Rolę zbiornika, w którym kondycjonowano nadawę z odczynnikiem depresującym węgiel organiczny, pełniła maszyna MF o pojemności 19 m 3.
Możliwości produkcji koncentratów 209 W czasie prób zmieniano następujące parametry flotacji: - ilość dodawanego odczynnika w zakresie od 0,5 do 2 kg na 1 Mg koncentratu. - ilość podawanej nadawy wynosiła 300 do 400 dm 3 /min, co powodowało zmianę czasu flotacji w zakresie 2,5 do 3,5 minut. Równolegle pobierano próby z maszyny przemysłowej MF- 011, w której realizuje się aktualnie flotację rozdzielającą koncentrat końcowy na nieparzystych ciągach ZWR Rudna. Warunki i wyniki opróbowania maszyny przemysłowej (MF-011) oraz maszyny testowej (IF-1) przedstawiono w tabelach 4 i 5. Nr prób Ilość depresora kg/mg konc. Wyniki prób rozdziału koncentratu z zastosowaniem depresora w doświadczalnej maszynie flotacyjnej o pojemności komory 1m 3 Zagęszczenie koncentratu [g] Czas flotacji [min] Zawartość Cu [%] Zawartość C org. [%] N K O N K O Wychód koncentratu Cu [%] C org [%] Cu w konc. [%] Tabela 4 5 1.0 1154 2.5 25.69 44.42 14.67 9,42 4,78 12.21 37,04 37.55 60.60 80.95 6 1.5 1150 2.5 16.83 46,24 11.85 12.08 2.88 13.31 14.48 11.79 39.79 97.19 7 2.0 1146 2.5 24.00 49.91 13.82 9.22 2.88 12.63 28.21 34.98 58.66 89.08 8 2.0 1150 2.5 21.42 45.45 11.44 9.68 2.39 13.59 29.34 34.91 62.26 91.38 9 1.0 1150 2.4 22.85 44.16 13.38 10.52 3.32 13.38 30,77 28.43 51.40 91.03 10 1.5 1174 2.5 23.12 39.86 9.99 8.94 4.42 13.31 43.96 49.16 75.78 75.70 11 1.0 1170 2.6 26.25 49.59 10.74 7.36 2.16 12.45 39,92 49.47 68.68 85.48 12 1.0 1125 2.8 21,59 48.10 10.08 8.75 2.62 12.98 30,27 40.83 54.01 87.77 13 1.0 1128 3.4 24.09 47.62 9.94 8.18 2.30 12.59 37,55 42.86 66.82 87.95 14 0.5 1175 3.3 21.24 30.30 8.73 9.18 7.80 12.58 58.00 71.13 82.74 39.56 15 0.5 1175 3.5 26.04 31.54 8.98 8.92 7.31 12.04 75.62 65.96 91.59 45.94 16 0.75 1180 3.1 27.55 38.04 10.61 8.60 5.31 12.57 61,76 54.68 83.26 66.24 Nr próby średnia 23,38 42,93 11,19 9,24 4,01 12,80 38,6 43,48 Śr. (5,9,11,12,13,16) 24,7 45,32 11,57 8,81 3,42 12,7 38,9 41,9 Ilość powietrza [m 3 /min.] Wyniki prób rozdziału koncentratu na maszynie przemysłowej MF-011 Zagęszczenie koncentratu [g] Zawartość Cu [%] Zawartość C org [%] N K O N K O Wychód koncentratu z Cu [%] z C org [%] Cu w koncent racie [%] Uzysk C org w odp. [%] Tabela 5 Uzysk Corg w odpadzie [%] 1 1 1148 19.44 27.75 16.47 9.49 9.08 9.64 26.33 26.79 37.58 74.37 2 1 1155 18.35 33.17 17.38 10.86 8.86 11.22 6.14 15.25 11.10 87.56 3 1 1152 22.05 32.30 17.74 10.37 8.42 10.78 29.60 17.37 43.36 85.89 4 1 1150 22.31 34.61 17.73 9.64 8.21 10.17 27.13 27.04 42.09 76.97 5 1 1150 16.55 29.22 14.48 10.98 8.95 12.39 14.04 39.00 24.79 66.89 7 1 1150 21.41 28.09 17.08 9.60 8.90 10.28 39.33 49.29 51.60 54.32 10 1 1174 23.12 31.09 20.13 8.94 7.93 9.28 27.28 25.15 36.69 77.66 11 1 1141 21.94 31.97 13.87 9.02 7.32 9.02 44.59 20.41 64.97 91.23 14 1 1175 20.63 31.77 18.44 9.32 7.80 9.60 16.43 15.56 25.30 86.98 15 1 1177 26.04 33.15 21.88 8.42 7.82 8,79 36.91 43.40 46.99 59.52 21,18 31,31 17,52 9,66 8,33 10,12 26,78 38,14
210 B. Skorupska, A. Wieniewski, N. Kubacz W czasie prowadzenia prób nadawa kierowana do procesu flotacji rozdzielającej charakteryzowała się znaczną zmiennością - zawartość miedzi wahała się od około 16,5% do ponad 26%, natomiast zawartość węgla organicznego od ponad 7 do ponad 12%. W przypadku flotacji rozdzielającej w maszynie MF-011 Cu produkt pianowy, tj. koncentrat K1, charakteryzował się wyraźnie podwyższoną, w stosunku do nadawy, zawartością miedzi wynoszącą ponad 31% oraz nieco niższą zawartością C org (o około 1,4%). Natomiast drugi produkt, zwany produktem komorowym, charakteryzował się z kolei obniżoną o około 3,6% zawartością miedzi i nieco podwyższoną, o około 0,4%, zawartością C org w stosunku do nadawy. Ujemną stroną przeprowadzonych prób w maszynie MF-011 był niski wychód produktu pianowego, kształtującego się na poziomie 26%. Również zawartość węgla organicznego w tym produkcie, wynosząca ponad 8%, była zbyt wysoka w stosunku do wymagań procesu zawiesinowego. Znacznie korzystniej przedstawiały się wyniki rozdziału koncentratu w doświadczalnej maszynie flotacyjnej o objętości komory wynoszącej 1m 3. Z nadawy kierowanej do procesu, o średniej zawartości 23,38% Cu i 9,24% C org koncentrat (produkt pianowy) charakteryzował się wysoką zawartością miedzi wynoszącą ok. 43% Cu i bardzo niską zawartością węgla organicznego, rzędu ok. 4%, natomiast produkt komorowy (odpad) zawierał około 11,19% Cu i około 12,8% C org. Korzystniej przedstawia się również wychód produktu pianowego w stosunku do maszyny MF-011, który wynosił ponad 38%. Na uwagę zwraca fakt korzystnych wyników przy dodatku odczynnika depresującego w ilości 0,75 do 1kg na 1Mg rozdzielanego koncentratu (próby 5,9,11,12,13 i 16). Średnie wyniki rozdziału przy tej dawce odczynnika kształtowały się następująco: nadawa zaw. Cu 24,7%; zaw. C org - 8,81%, koncentrat I (produkt pianowy) zaw. Cu - ok. 45%; zaw. C org - ok. 3,4%, przy wychodzie około 39%, koncentrat II (produkt komorowy) zaw. Cu 11,6%; zaw. C org - 12,7%. Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki pozwoliły na opracowanie technologii flotacji rozdzielającej dla otrzymania koncentratów korzystnych dla procesu zawiesinowego i procesu szybowego.
Możliwości produkcji koncentratów 211 4. Omówienie wyników Wyniki prób flotacji rozdziału koncentratu końcowego z ZWR Rudna wykonane w skali wielkolaboratoryjnej oraz w skali przemysłowej potwierdzają możliwość produkcji koncentratów o zróżnicowanych składach chemicznych, optymalnych dla procesów metalurgicznych. Produkcja dwóch koncentratów powinna odbywać się według następującego schematu: - kierowanie części koncentratu końcowego do flotacji segregującej, - kondycjonowanie koncentratu z odczynnikiem depresującym węgiel organiczny, - flotacja segregująca, - mieszanie produktu pianowego flotacji segregującej z częścią koncentratu niepodlegającą flotacji segregującej, - mieszanie produktu komorowego flotacji segregującej z pozostałą częścią koncentratu niekierowanego do tej flotacji. Zaletą przedstawionej idei technologii jest możliwość stabilnej produkcji koncentratu do procesu zawiesinowego, a także eliminacja problemów związanych z odwadnianiem koncentratu, szczególnie koncentratu wysokowęglowego. Wykorzystując wyniki rozdziału koncentratu w próbie przemysłowej, z zastosowaniem odczynnika depresującego, w ilości około 0,7 do 1kg, a także zaprezentowaną koncepcję produkcji koncentratów dla procesu zawiesinowego i szybowego, na rysunku 5 przedstawiono przykładowy schemat rozdziału koncentratu końcowego na dwa koncentraty. Z przedstawionego schematu wynika, że dla zapewnienia produkcji koncentratów o odpowiednich składach chemicznych, przy wychodach zapewniających wsad dla obu procesów metalurgicznych, flotację rozdzielającą zastosowano dla połowy ilości produkowanego koncentratu, natomiast drugą połowę koncentratu końcowego zmieszano z koncentratem nisko - i wysokowęglowym, uzyskanym w procesie flotacji rozdzielającej w proporcji 1:1. Takie postępowanie zapewniło, że z nadawy o zawartości 24,7% Cu oraz 8,81% C org uzyskano dwa koncentraty o następujących parametrach: Koncentrat I do procesu zawiesinowego zaw. Cu - 33,7 %; zaw. C org 6,3%; wych. ok. 44% Koncentrat II do procesu szybowego zaw. Cu - 17,5 %; zaw. C org 11,53%; wych. ok. 56%
212 B. Skorupska, A. Wieniewski, N. Kubacz Koncentrat końcowy Legenda Cu [%] [%] C org [%] 24,7 100 8,81 24,7 50 8,81 depresor 24,7 50 0,7-1kg/Mg koncentratu 8,81 Kondycjonowanie 24,7 50 8,81 Flotacja rozdzielająca Wychód operacyjny k = 38,9% 45,32 19,5 11,57 30,5 3,42 12,70 24,7 25 8,81 24,7 25 8,81 33,7 44 17,48 56 6,29 11,53 K I (produkt pianowy) K II (produkt komorowy) do procesu zawiesinowego do procesu szybowego Rys. 5. Propozycja schematu technologicznego dla produkcji koncentratów o składzie chemicznym optymalnym dla procesów metalurgicznych Fig. 5. Proposition of technological layout for production of concentrates of optimal chemical composition 5. Podsumowanie Zagadnienie zmniejszenia zawartości C org w koncentracie kierowanym do przetopu w piecu zawiesinowym można praktycznie uznać za rozwiązane. Zarówno technologia wyprażania, jak i reflotacji koncentratu może skutecznie obniżyć w nim zawartość C org. Ostatecznej oceny winna dostarczyć ekonomiczna analiza efektywności w ujęciu ciągnionego rachunku górniczo-hutniczych kosztów i efektów. Zagadnienie inaczej wygląda w przypadku produkcji dwu koncentratów o zróżnicowanej zawartości C org z przeznaczeniem do przetopu w piecu szybowym i zawiesinowym, a inaczej w przypadku tylko jednej technologii przetopu w piecu zawiesinowym. Wówczas
Możliwości produkcji koncentratów 213 w przypadku utrzymywania się wysokich zawartości C org w koncentratach technologia prażenia może okazać się koniecznością. Technologia reflotacji i produkcja dwóch koncentratów (w terminologii ZWR RU koncentrat Rudna, ubogi w C org i RB - koncentrat Rudna, bogaty w C org ) posiada jeszcze jedną cechę. Jest nią zdolność do prostego sterowania jakością koncentratu kierowanego do procesu zawiesinowego. Schemat wzbogacania określony na podstawie wyników próby przemysłowej można przedstawić w postaci ogólnej - rysunek 6. g K b K (1 - k 1 ) podział k 1 ilościowy flotacja rozdzielająca podział ilościowy k 2 b U b B b Z b S Rys. 6. Schemat produkcji koncentratów dla procesu zawiesinowego i szybowego Fig. 6. Layout of concentrates production for shaft and flash process Legenda: k - ilość materiału kierowanego do flotacji segregującej (% udział koncentratu końcowego), k - ilość koncentratu końcowego kierowanego do koncentratu flotacji segregującej (koncentratu ubogiego w węgiel organiczny), β - zawartość składnika (Cu) w koncentracie końcowym, β - zawartość składnika (Cu) w produkcie komorowym flotacji segregującej (produktu bogatego w węgiel organiczny), β - zawartość składnika (Cu) w produkcie pianowym flotacji segregującej (produktu ubogiego w węgiel organiczny), β - zawartość składnika (Cu) w koncentracie kierowanym do procesu zawiesinowego. Schemat ten może stanowić przedmiot prostego i efektywnego układu automatycznej regulacji i sterowania w celu zapewnienia stabilnej produkcji koncentratu o zadanej jakości β kierowanego do procesu zawiesinowego. Wielkością podlegającą sterowaniu byłaby ilość (k 2 ) koncentratu końcowego ( k ) dodawanego do koncentratu ( u ) o obniżonej zawartości węgla organicznego uzyskanego w wyniku flotacji segregującej prowadzonej
214 B. Skorupska, A. Wieniewski, N. Kubacz w warunkach efektywnego rozdziału C org. Na podstawie bilansu masy procesu wzbogacania ilość koncentratu dodawanego do koncentratu uzyskanego w procesie flotacji segregującej można określić następującym wzorem: k = ( ) ( ) ( ) ( ) (1) Jeżeli do flotacji segregującej kieruje się połowę koncentratu, wówczas wzór upraszcza się do postaci: k = ( ) ( ) ( ) ( ) Wzory (1) i (2) mogą stanowić podstawę prostych algorytmów sterowania jakością koncentratów kierowanych do odrębnych procesów hutniczych. (2) BIBLIOGRAFIA 1. Bortel R., Kubacz N.: Problemy związane z występowaniem ołowiu w krajowych rudach miedzi. Zeszyty Naukowe AGH, Górnictwo z. 132, 1987. 2. Drzymała J. Kapuśniak, Tomasik P.: Removal of lead mineral from copper industrial flotation concentrates by xanthate flotation in the presence of dextrin. Mineral Processing, 70 (2003) p. 147-155. 3. Drzymała J., Tomasik P., Sychowska Sikora B.: Dextrin as selective depressants for sulfide Physicochemical Prob. Miner. Process. 36, 2002, p.273-278. 4. Drzymała J., Kucal J., Kozłowski A.: Flotacja rudy miedzi z Lubina za pomocą kolektorów stosowanych jako promotory flotacji węgla. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, Studia i Materiały, 102, 2002. 5. Drzymała J., Kozlowski A.: Wpływ masy molowej polisacharydów zawierających mery D-glukozowe z wiązaniami glikozydowymi na selektywność odołowiania koncentratu miedzi. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej 106, Studia i Materiały 30, 2004, 31-43. 6. Drzymała J., Kapuśniak J., Tomasik P.: Sposób wytwarzania koncentratów miedziowych bogatych w chalkozyn. Patent PL 195693 B. 7. Foszcz D., Drzymała J.: Differentiation of organic carbon, copper and other metals contents by segregating flotation of final Polish industrial copper concentrates in the presence of dextrin. Physicochemical Problems of Mineral Processing 47 (2011), p. 17 26. 8. Gaudin A.M.: Flotacja. Wydawnictwo Śląsk, Katowice 1963.
Możliwości produkcji koncentratów 215 9. Kijewski P., Leszczyński R.: Węgiel organiczny w rudach miedzi znaczenie i problemy. Zeszyty Naukowe IGSMiE PAN nr 79, 2010, s. 131-146. 10. Miczkowski Czernecki J., Guzicki S.: Projekt kluczowy POI. 01.03.01-24-019/08 00 Opracowanie nowych optymalnych technologii i parametrów pirometalurgicznych metod produkcji miedzi z krajowych koncentratów. Raport IMN, 2010. 11. Lin K.F., Budrick C., L.: Polymeric Depressants. Reagents in Mineral Technology, 1988. 12. Liu Qi., Laskowski J.S.: The role of metal hydroxides at mineral surfaces in dextrin adsorption, II. Chalcopyrite Galena Separation in the Presence of Dextrin. International Journal of Mineral Processing 27, 1989. 13. Liu Qi, Yahui Zhang, Laskowski J.S.: The adsorption of polysaccharides onto mineral surfaces: an acid/base interaction. International Journal of Mineral Processing 60 (2000), 229-245. 14. Lopez Valdivieso A., Sanchez A.A., Song S., Martinez Garcia H.A.: Dextrin as a regulator for selective flotation of chalcopyrite, galena and pyrite. The Canadian Journal of Metallurgy Materials Science vol. 46, 2003. 15. Skorupska B., Wieniewski A., Kubacz N. i inni: Projekt Zamawiany Nr PBZ MNiSW- 3/3/2006 Określenie możliwości selektywnego wydzielenia trudnowzbogacalnych składników obniżających wskaźniki technologiczne oraz utrudniających metalurgiczny przerób koncentratów, styczeń 2009, Sprawozdanie IMN nr 6657, Gliwice 2009. 16. Skorupska B., Kubacz N. i inni: Projekt kluczowy POIG. 01.03.01-24-019/08--00 Badania nad wydzieleniem koncentratów o wysokiej zawartości miedzi i obniżonej węgla organicznego. Raport IMN, 2009-2010. 17. Skorupska B., Wieniewski A., Kubacz N.: Możliwości modernizacji technologii wzbogacania rudy miedzi o podwyższonym udziale rudy łupkowej. Monografia Nowoczesne technologie oraz zaawansowane materiały w wyroby w zrównoważonym rozwoju przemysłu metali nieżelaznych. Gliwice 2010. 18. Skorupska B., Wieniewski A. i inni: Sposób wytwarzania koncentratów miedziowych o obniżonej zawartości składników organicznych. Zgłoszenie UP P-394483 (2010). 19. Skorupska B., Kubacz N., Wieniewski A. i inni: Opracowanie technologii produkcji koncentratów dla procesu zawiesinowego i szybowego. Sprawozdanie IMN 6928/11. 20. Skorupska B., Wieniewski A. i inni: Sposób wytwarzania koncentratów miedziowych o zróżnicowanych zawartościach składników organicznych. Zgłoszenie UP P 392598 (2011). 21. Srdjan M. Bulatovic: Handbook of Flotation Reagents: Chemistry, Theory and Practice, Elsevier, 2007. W referacie wykorzystano wyniki osiągnięte w ramach Projektu Kluczowego: POIG. 01.03.01-24-019/08--00 Zadanie - Badania nad wydzieleniem koncentratów o wysokiej zawartości miedzi i obniżonej węgla organicznego Recenzent: Dr hab. inż. Andrzej Ślączka
216 B. Skorupska, A. Wieniewski, N. Kubacz Abstract In the paper the pilot plant researches and industry tests of final concentrate flotation were presented. They resulted in obtaining two different concentrates of different copper and carbon content for two metallurgical processes: shaft and flash. The pilot plant researches were conducted in flotation machine of 1 m 3 volume. The amount of concentrate applied in flotation was over 1 Mg. The content of Cu was about 31% and C org 8%. As a result of flotation with suitable dose of depressant the following products were obtained: - Froth product of 44-58% Cu and 1,27-4% C org - Cell product of 10-12% Cu and 10,7 12,7% C org In turn, in industry flotation from the feed of about 24,7% Cu and 8,81% C org the following products were obtained: - Froth product of average Cu content 45,3% and C org 3,42% - Cell product of average Cu content 11,6% and C org - 12,7% Based on these researches the technological layout was proposed. The key unit operations in it are: - Separation of part of final concentrate and directing it for conditioning with presence of depressant - Segregating flotation - Mixing of the froth product of segregating flotation with part of final concentrate which was not subjected to the segregating flotation - Mixing the cell product of segregating flotation with the other part of final concentrate This layout allows for production of two different concentrates - one for flash process and second for shaft process. The result of such a technology are exemplified below: feed Cu 24,7%, C org 8,81% - KI (for flash process) - Cu - 33,7%, C org - 6,29%; yield 44% - KII (for shaft process) Cu17,48%, C org 11,53%; yield 56% This layout can be in simple way automatically controlled.