INVESTIGATION OF TECHNOLOGICAL FEATURES FOR IMPROVING MOLYBDENUM RECOVERY INTO CONCENTRATE DURING THE BENEFICIATION OF COPPER-MOLYBDENUM ORES

УДК 669.01

Аннотация

В статье представлены результаты исследований, направленных на повышение степени извлечения молибдена в концентрат при флотационном обогащении медно-молибденовых руд месторождения Калмаккыр, являющегося одним из крупнейших источников медно-молибденового сырья в Республике Узбекистан. Актуальность исследования обусловлена возрастающим мировым спросом на молибден, который широко используется при производстве высокопрочных и коррозионностойких сталей, жаропрочных сплавов, а также материалов специального назначения. Низкое содержание молибдена в исходной руде и его потери с хвостами обогащения требуют совершенствования существующих технологических режимов флотации.

В ходе исследований выполнен анализ химического и минералогического состава руды, а также проведены лабораторные флотационные испытания с целью определения влияния основных технологических параметров процесса на показатели извлечения молибдена. Изучено влияние степени измельчения руды, щелочности среды, расхода реагента-собирателя и продолжительности флотации на качество концентрата и степень извлечения полезного компонента. В качестве реагентов использовались бутилксантогенат, пенообразователь Т-92, известь и жидкое стекло.

Установлено, что наиболее эффективное раскрытие минеральных частиц достигается при измельчении руды до 75–80 % класса −0,074 мм. Оптимальные показатели флотации обеспечиваются при значениях pH 10–10,5, расходе реагента-собирателя 120–140 г/т и продолжительности процесса 12–13 минут. В результате применения установленных технологических режимов степень извлечения молибдена в концентрат достигает 90,2 % при одновременном снижении потерь металла с хвостами флотации. Научная новизна работы заключается в определении оптимального сочетания технологических параметров флотационного процесса для руд месторождения Калмаккыр. Практическая значимость исследования состоит в возможности использования полученных результатов для совершенствования технологий обогащения на горно-обогатительных предприятиях Республики Узбекистан.

Abstract

This paper presents the results of research aimed at increasing molybdenum recovery into concentrate during the flotation beneficiation of copper-molybdenum ores from the Kalmakyr deposit, one of the largest sources of copper-molybdenum raw materials in the Republic of Uzbekistan. The relevance of the study is associated with the growing global demand for molybdenum, which is widely used in the production of high-strength and corrosion-resistant steels, heat-resistant alloys, and advanced engineering materials. The low molybdenum content in the ore and significant metal losses in flotation tailings necessitate the improvement of existing flotation technologies and operating conditions.

The study included an analysis of the chemical and mineralogical composition of the ore, as well as a series of laboratory flotation experiments aimed at evaluating the influence of key technological parameters on molybdenum recovery. The effects of ore grinding fineness, pulp alkalinity, collector reagent dosage, and flotation duration on concentrate quality and molybdenum recovery were investigated. Butyl xanthate was used as a collector, T-92 as a frother, lime for pH regulation, and sodium silicate as a depressant.

The results showed that the most efficient liberation of mineral particles was achieved when the ore was ground to 75–80% passing the −0.074 mm size fraction. Optimal flotation performance was obtained at a pulp pH of 10.0–10.5, a collector dosage of 120–140 g/t, and a flotation duration of 12–13 minutes. Under these conditions, molybdenum recovery into concentrate reached 90.2%, while metal losses in flotation tailings were significantly reduced. The scientific novelty of the study lies in determining the optimal combination of flotation parameters for processing copper-molybdenum ores from the Kalmakyr deposit. The practical significance of the research is associated with the potential application of the obtained results for improving beneficiation technologies at mining and processing enterprises of the Republic of Uzbekistan.

Ключевые слова: медно-молибденовая руда, молибденит, флотация, обогащение, собиратель, измельчение, месторождение Калмаккыр, извлечение молибдена.

Keywords: Copper-molybdenum ore, molybdenite, flotation, mineral processing, collector reagent, grinding, Kalmakyr deposit, molybdenum recovery.

Введение

В настоящее время молибден является одним из металлов стратегического значения для металлургии, машиностроения, авиации и химической промышленности. Молибден широко применяется при производстве высокопрочных сталей, коррозионностойких сплавов и жаропрочных материалов. В связи с этим мировой спрос на молибденовое сырьё постоянно возрастает.

Одним из основных промышленных источников молибдена являются медно-молибденовые руды. Месторождение Калмаккыр Республики Узбекистан относится к числу крупных медно-молибденовых месторождений и характеризуется сложным минералогическим составом руд. В рудах молибден преимущественно встречается в форме минерала молибденита (MoS₂) и часто образует сложные ассоциации с халькопиритом, пиритом и другими сульфидными минералами.

Среднее содержание молибдена в рудах Калмаккыра составляет 0,008–0,015 %, а тонкодисперсное распределение минеральных частиц приводит к технологическим потерям в процессе флотации. На практике часть молибдена теряется с хвостами, что отрицательно влияет на экономическую эффективность обогатительных фабрик.

В связи с этим повышение степени извлечения молибдена в концентрат путём оптимизации технологических параметров флотационного процесса является важной научно-практической задачей.

Обзор литературы

Проблема повышения извлечения молибдена при переработке медно-молибденовых руд остаётся одной из актуальных задач современной горно-металлургической промышленности. Рост мирового спроса на молибден и необходимость комплексного использования минерального сырья обусловливают постоянное совершенствование технологий флотационного обогащения. В последние годы особое внимание уделяется повышению эффективности извлечения полезных компонентов, оптимизации реагентных режимов и снижению потерь металлов с хвостами обогащения.

Исследования Ахмедова и Тураева, выполненные на примере предприятий Узбекистана, показали перспективность совершенствования технологических схем переработки медно-молибденовых руд за счёт оптимизации процессов измельчения и флотации [1]. Значительный практический интерес представляют также работы Хасанова, посвящённые изучению минералого-технологических особенностей руд Алмалыкского региона. Автором установлено, что эффективность обогащения во многом определяется характером взаимного срастания молибденита с другими сульфидными минералами и степенью раскрытия минеральных зёрен [2].

Исследования Каримова и Рахимова показали, что флотационные свойства молибденита месторождения Калмаккыр существенно зависят от гранулометрического состава материала и условий проведения процесса. Авторы отмечают необходимость подбора оптимальных параметров флотации для достижения высоких показателей извлечения молибдена [3]. Аналогичные выводы представлены в работе Норбоева, где рассмотрены пути повышения эффективности извлечения молибдена из бедных руд и показана возможность улучшения технологических показателей за счёт оптимизации режимов флотации [4].

Вопросы совершенствования технологических схем переработки медно-молибденовых руд подробно рассмотрены в исследованиях Бочарова. Автором предложены современные подходы к организации процессов коллективной и селективной флотации, обеспечивающие повышение качества концентратов и снижение потерь ценных компонентов [5].

Среди зарубежных исследований особое место занимают работы Wills и Finch, в которых систематизированы современные представления о процессах подготовки руд к обогащению, раскрытии минералов и закономерностях флотационного разделения. Авторы подчёркивают, что степень измельчения является одним из ключевых факторов, определяющих эффективность извлечения полезных компонентов [6].

Фундаментальные аспекты флотационных процессов подробно изложены в работах Fuerstenau. Исследователем рассмотрены механизмы взаимодействия реагентов с минеральной поверхностью, особенности образования флотационных комплексов и закономерности кинетики флотации [7]. Существенный вклад в развитие физико-химических основ флотации внесён также Rao, который изучил процессы адсорбции реагентов и формирования гидрофобных свойств минералов [8].

Современные направления развития технологий переработки минерального сырья представлены в работах Chander и Fuerstenau M.C. Авторы отмечают необходимость комплексной оптимизации процессов измельчения, классификации и флотации для повышения эффективности извлечения полезных компонентов из сложных руд [9, 10].

Вопросы совершенствования флотационного обогащения сульфидных руд рассмотрены в исследованиях Рахматова, который показал эффективность применения современных технологических режимов для повышения извлечения ценных компонентов [11].

Теоретические основы флотационного обогащения были заложены в работах Абрамова, Глембоцкого, Булатовича и Леонова. В данных исследованиях подробно рассмотрены закономерности взаимодействия минералов с флотационными реагентами, механизмы селективного разделения сульфидных минералов, особенности флотации молибденовых руд и технологические аспекты переработки медно-молибденового сырья [12–15]. Несмотря на значительный срок публикации этих работ, многие их положения сохраняют научную и практическую значимость и используются при разработке современных технологий обогащения.

Проведённый анализ научно-технической литературы показывает, что эффективность извлечения молибдена определяется совокупностью факторов, включающих степень измельчения руды, реагентный режим, щелочность среды и продолжительность флотации. Вместе с тем вопросы оптимизации указанных параметров применительно к рудам месторождения Калмаккыр изучены недостаточно полно, что обусловило необходимость проведения настоящего исследования.

Объект и методика исследования

В качестве объекта исследования были выбраны медно-молибденовые руды месторождения Калмаккыр. Средний химический состав руды характеризовался следующими показателями.

Таблица 1. Химический состав руд месторождения Калмаккыр

В результате минералогического анализа было установлено наличие следующих минералов в руде.

Микроскопические наблюдения показали, что основная часть частиц молибденита находится в диапазоне 20–45 мкм и образует сложные ассоциации с халькопиритом и пиритом.

Флотационные эксперименты проводились на лабораторной флотационной машине. В процессе использовались следующие реагенты.

Таблица 2. Флотационные реагенты и их расход

Продолжительность флотации изменялась в пределах 8–15 минут. Тонкость измельчения исследовалась в диапазоне 60–85 % класса −0,074 мм.

Теоретические основы процесса флотации

Степень извлечения молибдена в концентрат рассчитывалась по следующей формуле:

ε = β·γ / α × 100 %

где:

• ε — степень извлечения молибдена, %;
• β — содержание молибдена в концентрате, %;
• γ — выход концентрата, %;
• α — содержание молибдена в исходной руде, %.

Кинетика флотации оценивалась по следующему уравнению:

R = R∞(1 − e−kt)

где:

• R — извлечение во времени;
• R∞ — максимальное извлечение;
• k — кинетический коэффициент;
• t — время флотации.

Результаты исследования

Влияние тонкости измельчения

Степень измельчения непосредственно повлияла на раскрытие частиц молибденита.

Таблица 3. Влияние тонкости измельчения на показатели флотации

Результаты показали, что при тонкости измельчения 75–80 % класса −0,074 мм достигается максимальное извлечение молибдена. При недостаточном измельчении не обеспечивается полное раскрытие минеральных частиц, а чрезмерное измельчение приводит к шламованию и ухудшению селективности флотации.

Влияние среды pH

В ходе исследований было установлено, что щелочная среда положительно влияет на селективное извлечение молибдена.

Таблица 4. Влияние pH среды на показатели флотации

При pH 10–10,5 наблюдалось максимальное извлечение молибдена и снижение содержания пирита в концентрате.

Влияние расхода реагента-собирателя

Установлено, что увеличение расхода собирателя до определённого уровня способствует повышению извлечения молибдена.

Таблица 5. Влияние расхода собирателя на показатели флотации

Оптимальный расход реагента-собирателя составил 120–140 г/т. Дальнейшее увеличение расхода приводило к ухудшению качества концентрата.

Влияние продолжительности флотации

Исследования показали, что продолжительность флотации существенно влияет на показатели извлечения.

Таблица 6. Влияние времени флотации на степень извлечения молибдена

Наиболее высокие показатели были достигнуты при продолжительности флотации 12–13 минут.

Технологический баланс

Таблица 7. Показатели технологического баланса

Заключение

Результаты проведённых исследований свидетельствуют о том, что эффективность извлечения молибдена при переработке медно-молибденовых руд месторождения Калмаккыр в значительной степени определяется технологическими параметрами флотационного процесса. [8].

В ходе исследований установлено, что наиболее высокие технологические показатели достигаются при следующих условиях:

• степень измельчения руды — 75–80 % класса −0,074 мм;
• щелочность среды — pH 10–10,5;
• расход реагента-собирателя — 120–140 г/т;
• продолжительность флотации — 12–13 минут.

Установленные технологические режимы обеспечивают повышение степени извлечения молибдена в концентрат до 90 %, а также способствуют снижению потерь полезного компонента с хвостами флотации. [9].

Полученные результаты имеют практическое значение для совершенствования технологии переработки медно-молибденовых руд и могут быть использованы на обогатительных фабриках Республики Узбекистан при разработке ресурсосберегающих и высокоэффективных схем флотационного обогащения.

Список литературы:

1. Ahmedov A.A., Turaev B.S. Investigation of Copper-Molybdenum Ore Beneficiation Technology in Uzbekistan. International Journal of Mining Science, 2022, vol. 11, no. 2, pp. 88–96.
2. Khasanov M.M. [Mineralogical and technological features of copper-molybdenum ores of the Almalyk region]. Uzbek Geological Journal, 2023, no. 1, pp. 61–69. (In Russ.)
3. Karimov U.K., Rakhimov Sh.A. [Investigation of flotation properties of molybdenite from the Kalmakyr deposit]. Vestnik TGTU, 2021, no. 2, pp. 52–58. (In Russ.)
4. Norboev B.T. [Improving the efficiency of molybdenum flotation recovery from low-grade ores]. Gornyi Vestnik Uzbekistana, 2020, no. 3, pp. 27–33. (In Russ.)
5. Bocharov V.A. [Technological schemes for processing copper-molybdenum ores]. Gornyi Zhurnal, 2018, no. 4, pp. 35–41. (In Russ.)
6. Wills B.A., Finch J. Mineral Processing Technology. 8th ed. Oxford, Butterworth-Heinemann, 2016. 512 p.
7. Fuerstenau D.W. Flotation Science and Engineering. New York, Marcel Dekker, 1985. 687 p.
8. Rao S.R. Surface Chemistry of Froth Flotation. New York, Springer, 2004. 744 p.
9. Chander S. Recent Advances in Mineral Processing Plant Design. Colorado, SME, 2009. 876 p.
10. Fuerstenau M.C. Principles of Flotation. Littleton, Society for Mining, Metallurgy and Exploration, 2007. 621 p.
11. Rakhmatov Zh.Zh. [Improvement of sulfide ore flotation beneficiation technology]. Tashkent, Fan Publ., 2019. 224 p. (In Russ.)
12. Abramov A.A. [Flotation methods of mineral beneficiation]. Moscow, Nedra Publ., 1984. 383 p. (In Russ.)
13. Glembotskii V.A. [Theory and practice of flotation]. Moscow, Nedra Publ., 1980. 471 p. (In Russ.)
14. Bulatovich K.K. [Flotation of molybdenum ores]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1975. 256 p. (In Russ.)
15. Leonov S.B. [Technology of beneficiation of copper-molybdenum ores]. Moscow, Nedra Publ., 1991. 312 p. (In Russ.)