Zbiorcze aminy z łańcuchem alkilowo-eterowym do odwrotnej flotacji krzemionki w rudzie żelaza

W zakładach wzbogacania rud żelaza, w których zawartość SiO₂ w końcowym koncentracie przekracza dopuszczalne granice karne określone w umowie, kationowe kolektory z eterycznymi aminami należą do głównych środków chemicznych stosowanych w odwrotnej flotacji krzemionki. Decyzja zakupowa nie dotyczy ogólnego pytania, czy „eteryczna amina” jako klasa działa, lecz konkretnego wyboru odpowiedniego gatunku eterycznej aminy zapewniającego wymaganą redukcję zawartości SiO₂ przy możliwie najmniejszej utracie żelaza w danej rudzie, wodzie oraz obwodzie flotacyjnym.

Niniejszy przewodnik oddziela to, co potwierdzają dostarczone źródłowe dowody, od tego, co zespoły zakupowe i procesowe muszą uzyskać na podstawie dokumentów technicznych (TDS/SDS) dostawcy oraz badań flotacyjnych w laboratorium przeprowadzonych w konkretnym miejscu.

Główne punkty dla zakupujących:

• Alkiloeteroaminy i alkiloeterodiaminy są uznawanymi odczynnikami zbierającymi stosowanymi do usuwania krzemianów w odwróconej flotacji piankowej rud żelaza.

• Eteroaminy działają jako odczynniki zbierające kwarcu oraz wspomagają tworzenie piany w kationowej odwróconej flotacji.

• Odczynniki zbierające z grupy eteroamin są stosowane na całym świecie do odrzucania krzemianów w procesach przeróbki rud żelaza, w tym do przeróbki ponad 80 milionów ton koncentratu rud żelaza w Brazylii.

• Dostarczony zestaw źródeł nie zawiera informacji na temat konkretnego stopnia komercyjnego, numeru CAS, wzoru chemicznego, dawki roboczej, procentowego usuwania SiO₂, wartości odzysku Fe ani porównawczych testów eteroamin versus amin tłuszczowych.

• Nie należy akceptować pojedynczego ogólnego numeru CAS dla eteroamin jako zamiennika identyfikacji chemicznej specyficznej dla danego stopnia.

Pierwsze dane z zapytania ofertowego: tabela identyfikacji produktu

W dostarczonych dowodach nie ma katalogu dostawcy. Dlatego w tym artykule nie przypisano nazwy marki, numeru CAS ani wzoru molekularnego do handlowego produktu. To właśnie te pola kupujący powinien wymagać od dostawcy przed porównaniem właściwości.

Źródło podane przez dostawcę opisuje grupę etoksylową jako łańcuch polioksyetylenu. W komercyjnych kolektorach do rud żelaza rzeczywisty produkt może jednak być aminą lub diaminem alkoksypopilową z pojedynczym wiązaniem etoksylowym albo zawierać ograniczony stopień alkoksylokacji. Nabywcy powinni zatem bezpośrednio zweryfikować u producenta strukturę cząsteczkową, stopień alkoksylokacji, rozkład długości łańcuchów węglowych oraz zawartość substancji czynnej. Te zmienne mogą wpływać na siłę zbierania, zdolność do rozpraszania się w wodzie oraz zachowanie piany.

1. Kationowy zbiornik eteryczny aminowy do odwrotnej flotacji krzemionki w rudach żelaza

Aminy eteryczne stały się ważną klasą kationowych zbiorników w przetwórstwie surowców mineralnych ze względu na ich skuteczność i selektywność w zastosowaniach flotacyjnych. W odwrotnej flotacji rud żelaza celem jest kwarc i inne skałotwórcze minerały krzemianowe. Zbiornik eteryczno-aminowy przyłącza się do powierzchni kwarcu, kwarc przechodzi do piany, a minerały żelaza pozostają w komórce jako strumień koncentratu.

Źródłowe dowody wskazują również na kluczowy punkt dla inżynierów zakładu: eterynoaminy nie są jedynie zbiornikami kwarcu. Działają także jako pianotwórcy w kationowej odwrotnej flotacji rud żelaza. Choć adsorpcję kwarcu przez eterynoaminy badano szeroko, wpływ właściwości piany i piany eterynoaminowej na selektywność flotacji nie został szczegółowo przeanalizowany. Nabywcy powinni więc traktować zachowanie piany jako osobny element oceny, a nie jako drugorzędną cechę uboczną.

Zbieracze oparte na aminach eterycznych są już stosowane w skali przemysłowej. Powstające gatunki amina–krzemian są wystarczająco aktywne powierzchniowo, aby wspierać separację krzemianów metodą flotacji; zbieracze oparte na aminach eterycznych są stosowane na całym świecie do odrzucania krzemianów w zakładach przetwarzających rudy żelaza. Tylko w brazylijskiej przemyśle rud żelaza przetwarza się ponad 80 milionów ton koncentratu rud żelaza, gdzie te zbieracze stanowią część procesu odrzucania krzemianów.

Zastosowanie to jest dobrze ugruntowane dla krzemianów w rudach żelaza, szczególnie w układach magnetytowych; jednak ta sama literatura źródłowa zaznacza, że zastosowanie amin eterycznych w układach węglan–krzemian, zwłaszcza w przypadku magnezytu, nie zostało dotychczas szeroko badane. Kupujący nie powinien zakładać, że zbieracz udowodniony jako skuteczny w przypadku bogatych w kwarc rud żelaza będzie działał bezpośrednio również w rudach zawierających węglany, bez wcześniejszego przeprowadzenia testów.

Co kupujący powinien określić w zapytaniu ofertowym (RFQ) dotyczącym kationowego zbieracza opartego na aminie eterycznej?

Zażądaj przynajmniej następujących informacji:

• Dokładnej nazwy produktu i kodu produktu.

• Numer CAS i tożsamość chemiczna określone dla danej klasy produktu.

• Czy produkt jest alkilowo-eterowym aminem, alkilowo-eterowym diaminem czy innym powierzchniowo czynnym związkem zawierającym grupę eterową.

• Zawartość substancji czynnej, rozpuszczalnik, zawartość wody oraz forma zneutralizowana.

• Opakowanie, punkt zamarzania, warunki przechowywania oraz termin przydatności do użycia.

• Aktualny arkusz danych technicznych (TDS) i arkusz danych bezpieczeństwa (SDS).

• Próbka laboratoryjna o masie od 1 do 5 kg przeznaczona do badań flotacyjnych na poziomie stołowego modelu.

• Pismo potwierdzające dostawę w formie pisemnej, dotyczące dokładnie tej klasy produktu, która została zacytowana.

Nie podejmuj decyzji dotyczącej dostawcy wyłącznie na podstawie ogólnego stwierdzenia, że produkt jest „aminą eterową do rudy żelaza”. Takie sformułowanie nie określa dokładnie składu chemicznego otrzymywanego produktu.

Dlaczego ta sama kationowa chemia aminy eterowej może działać inaczej w różnych zakładach?

Ponieważ eteroaminy wpływają zarówno na proces zbierania, jak i na zachowanie fazy piany. Selekcja może ulec zmianie w zależności od składu chemicznego wody, typu komórki oraz punktu dodawania odczynnika. Próbkowanie przemysłowe w obwodzie flotacji w Samarco obejmowało próbki wody i pulpy z komórek mechanicznych, komórek zbiornikowych oraz kolumn flotacyjnych, co pokazuje, że lokalizacja procesu oraz źródło wody są elementami oceny. Zbieracz skuteczny w jednym układzie komórkowym może wymagać innej dawki lub innego zarządzania pianą w innym układzie.

2. Dawka eteroamin w odwrotnej flotacji rud żelaza

Dostarczone źródła dowodowe zawierają procedurę laboratoryjną odwrotnej flotacji kationowej rud żelaza przy użyciu zbieracza z eteroamin. Podstawowa przygotowanie rudy to:

• Zdrobnić i zmielić rudę żelaza do docelowej wielkości cząstek, zwykle 80% przechodzącej przez sito o rozmiarze 150 mikrometrów.

• Przygotować reprezentatywną próbkę zmielonej rudy, np. o masie 1000 g.

• Umieścić zmieloną rudę w laboratoryjnej komórce flotacyjnej, np. typu Denver.

Źródłowy fragment nie podaje uniwersalnej dawki aminy etylowej. Jest to oczekiwane: dawka zależy od mineralogii rudy, zawartości SiO₂ w nadawie, rozkładu wielkości cząstek, twardości wody, typu i dawki depresanta skrobiowego, pH oraz czasu flotacji. Dostawca nie może wiarygodnie podać pojedynczej dawki dla zakładu bez przeprowadzenia badań na konkretnej rudzie.

W celu porównania zakupowego dawkę należy oceniać jako gramy aktywnego zbieracza na tonę rudy. Jeśli dwaj dostawcy podają dawkę w postaci cieczy w stanie dostarczenia, należy znormalizować ją do masy substancji aktywnej. W przeciwnym razie zawartość wody lub rozpuszczalnika prowadzi do fałszywego porównania wydajności.

Plan testu zależności odpowiedzi od dawki aminy etylowej

Porównanie jest poprawne tylko wtedy, gdy do obu produktów zastosowano ten sam próbkę rudy i te same warunki flotacji.

W jaki sposób należy podawać dawkę przy porównaniach dostawców?

Proszę o podanie dawki na podstawie składnika aktywnego. Na przykład porównaj gramy aktywnego kolektora na tonę, a nie mililitry rozcieńczonego produktu. Dodatkowo zażądaj informacji o zawartości składnika aktywnego, typie rozpuszczalnika oraz zalecanej krotności rozcieńczenia. Dzięki temu uniknie się przecenienia wydajności rozcieńczonego produktu lub zaniżenia wydajności bardziej stężonego produktu.

Jakie warunki laboratoryjne należy ustalić przed porównaniem deklarowanych dawek?

Dostosuj uziarnienie P80, partię rudy, gęstość pulpy, pH, typ i dawkę depresora, skład chemiczny wody, czas flotacji, przepływ powietrza oraz geometrię komórki. Podstawowa procedura laboratoryjna rozpoczyna się od uziarnienia P80 wynoszącego 150 µm oraz reprezentatywnej próbki o masie 1000 g w komórce typu Denver. Jeśli jedno badanie wykorzystuje wodę odbieraną z zakładu, a inne – wodę kranową, porównanie dawek nie jest wiarygodne, zwłaszcza że skład chemiczny wody w obwodach flotacyjnych może się różnić w zależności od punktu poboru próbek.

3. Skuteczność usuwania krzemionki przy użyciu kolektorów z grupy amin eterycznych

Skuteczność usuwania krzemionki nie jest stałą cechą klasy chemicznej amin eterycznych. Jest to wynik procesu, który powstaje wskutek oddziaływania między kolektorem, powierzchnią rudy, składem chemicznym wody, depresorem oraz warunkami pracy komórki flotacyjnej.

Dostarczone źródłowe dowody nie zawierają procentowego wskaźnika usuwania SiO₂ ani wartości odzysku Fe specyficznych dla danego produktu. Dlatego w tym artykule nie podano uniwersalnej liczby określającej „wysoką wydajność”. Kupujący powinien traktować wszelkie deklaracje wydajności zamieszczone w katalogach dostawców jako niezweryfikowane, dopóki nie zostaną one potwierdzone na próbce rudy zakupcy.

Doświadczenie przemysłowe cytowane w zestawie źródeł wskazuje, że kolektory typu ether amine są stosowane na całym świecie do odrzucania krzemianów w zakładach przetwarzających rudę żelaza, w tym w dużych koncentratorach brazylijskich. Jednak fakt ten potwierdza jedynie przyjęcie danego rozwiązania w przemyśle, a nie gwarantuje skuteczności usuwania krzemionki w konkretnym miejscu.

Co powoduje spadek wydajności usuwania krzemionki podczas skalowania procesu?

Źródłowe dowody wskazują na kilka czynników technologicznych wymagających sprawdzenia:

• Właściwości piany: Ether aminy działają również jako pianotwórcy, dlatego stabilność i selektywność piany mogą ulec zmianie wraz ze zmianą dawki oraz składu chemicznego wody.

• Konfiguracja ogniw: Przeprowadzono pobieranie próbek przemysłowych z komórek mechanicznych, komórek zbiornikowych oraz kolumn flotacyjnych. Skuteczność nie jest identyczna dla poszczególnych typów komórek.

• Chemia wody: Próbki wody pobrane z różnych punktów obwodu flotacji rud żelaza mogą różnić się składem. Woda odzyskana oraz woda po odpadach mogą wpływać na selektywność.

• Odchylenie wielkości ziarn feedu: Jeśli stopień rozdrobnienia w zakładzie jest grubszym lub drobniejszym niż laboratoryjny P80 wynoszący 150 µm, dawkowanie kolektora oraz wydajność mogą ulec zmianie.

Spadek usuwania SiO₂ nie powinien być automatycznie korygowany przez zwiększenie dawki kolektora. Przadawkowanie może zmienić zachowanie piany i obniżyć selektywność, zwłaszcza ponieważ aminy etylowe pełnią funkcję spieniaczy.

Co należy mierzyć w badaniu skuteczności usuwania krzemionki?

Rejestruj zawartość SiO₂ i Fe w feedzie, zawartość SiO₂ i Fe w koncentracie, odzysk Fe, masowy udział koncentratu, aktywną dawkę kolektora, pH, twardość wody, wysokość piany, zawartość wody w pianie oraz czas flotacji. Porównanie przed/po na tej samej rudzie jest bardziej przydatne niż izolowany procent odrzucenia krzemionki.

4. Amina eteryczna kontra amina talowa w procesie flotacji rud żelaza

Dostępny materiał źródłowy nie zawiera porównania laboratoryjnego ani przemysłowego między kolektorami z aminy eterycznej a aminy talowej. Nie są dostępne wartości porównawcze dawki, stopnia zanieczyszczenia SiO₂, odzysku Fe ani wydajności piany. Dlatego w niniejszym artykule nie stwierdza się żadnej przewagi wydajnościowej aminy eterycznej nad aminą talową.

Alkiloeteryczne aminy i alkiloeteryczne diaminy to ugruntowane rodziny kolektorów stosowanych w odwrotnej flotacji pianowej rud żelaza. Ich szczegółowe struktury nie powinny być upraszczane do ogólnego opisu łańcucha polioksyetylenu bez potwierdzenia dla konkretnej klasy rudy. Porównanie z aminą talową musi zostać przeprowadzone na tym samym próbkowaniu rudy.

Plan testu porównawczego: amina eteryczna kontra amina talowa

Ponieważ zestaw danych źródłowych nie zawiera wyników testów porównawczych, należy użyć poniższego pustego planu testowego. Nie należy traktować go jako dowodu wydajności.

Ta tabela stanowi ramę dla rzeczywistego testu, a nie wynik oparty na źródłach. Wyniki z zakładu mogą różnić się od wyników laboratoryjnych, a pojedynczy test partii nie stanowi pełnej kwalifikacji w skali przemysłowej.

Czy zakładowi należy przełączyć się z aminy tłuszczowej na aminę eteryczną na podstawie arkusza danych dostawcy?

Nie. Arkusz danych może potwierdzić tożsamość produktu i jego specyfikację, ale nie może udowodnić jego selektywności wobec rudy kupującego. Dane źródłowe potwierdzają, że aminy eteryczne są kolektorami i spieniaczami kwarcu, ale nie zawierają porównania z aminą tłuszczową. Przeprowadź zgodny test flotacyjny w warunkach laboratoryjnych, używając obecnie stosowanej aminy tłuszczowej jako odniesienia oraz kandydatki – aminy eterycznej – przy identycznych warunkach: rozdrobnieniu, wodzie, pH, depresancie i warunkach komórki. Następnie oceniasz razem stopień SiO₂, odzysk Fe oraz zachowanie piany.

Jakie dane polowe należy zebrać podczas prób zakładowych?

Podczas prób zakładowych rejestruj zawartość SiO₂ i Fe w surowcu, zawartość SiO₂ i Fe w koncentracie, odzysk Fe, zużycie aktywnego kolektora, zużycie depresanta, głębokość piany, przenoszenie wody przez pianę oraz zachowanie się filtracji oraz wszelkie zmiany składu chemicznego wody w całym obwodzie. Stosuj tę samą metodę pobierania próbek, która jest stosowana dla komórek mechanicznych, komórek zbiornikowych oraz kolumn flotacyjnych.

Zażądaj dokumentów TDS, SDS oraz próbek laboratoryjnych

Aby ocenić kationowe kolektory typu eteroamina do odwrotnej flotacji krzemionki w twoim obwodzie flotacyjnym rudy żelaza, zażądaj od dostawcy następujących dokumentów:

• Aktualne dokumenty TDS i SDS dla dokładnie tego stopnia materiału, który został zacytowany.

• Numer CAS oraz zakres składu cząsteczkowego właściwy dla danego stopnia materiału.

• Zawartość substancji aktywnej, rozpuszczalnika, pH oraz dane dotyczące warunków przechowywania.

• Próbka laboratoryjna o masie od 1 do 5 kg przeznaczona do badań flotacyjnych na poziomie stołowego modelu.

• Pisemne zapytanie ofertowe (RFQ) zawierające zalecaną dawkę wyrażoną w przeliczeniu na substancję aktywną oraz zalecane warunki kondycjonowania.

• Protokół prób terenowych oparty na procedurze flotacyjnej, przy której uziarnienie surowca wynosi 80% przesiewu przez sito o otworach 150 µm oraz przy użyciu reprezentatywnej próbki surowca laboratoryjnego.

Wyślij dostawcy stopień zawartości rudy, docelową zawartość SiO₂ w koncentracie, typ obecnego kolektora oraz jego dawkę, program skrobi/depresorów, analizę wody z zakładu oraz schemat procesu flotacji. Poproś go o przeprowadzenie testu porównawczego z użyciem obecnego kolektora przed skalowaniem do produkcji przemysłowej.

Uwaga: Powyższe dane oparte są na określonych próbkach rudy i warunkach laboratoryjnych. Wyniki uzyskane w zakładzie mogą się różnić w zależności od mineralogii rudy, składu chemicznego wody oraz ustawień procesowych. Zaleca się przeprowadzenie prób w warunkach zakładu przed skalowaniem procesu do skali przemysłowej.