gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2021-3-170-180gscience-288Research ArticleBENEFICIATION AND PROCESSING OF NATURAL AND TECHNOGENIC RAW MATERIALSОБОГАЩЕНИЕ, ПЕРЕРАБОТКА МИНЕРАЛЬНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯSelection of recycled water electrochemical conditioning parameters for preparation of diamond-bearing kimberlite for froth separationВыбор параметров электрохимического кондиционирования оборотной воды при подготовке алмазосодержащих кимберлитов к пенной сепарацииhttps://orcid.org/0000-0003-3637-7929ДвойченковаГ. П.DvoichenkovaG. P.

Галина Петровна Двойченкова – доктор технических наук, ведущий научный сотрудник

Scopus ID 8837172700

г. Москва; г. Мирный

Galina P. Dvoichenkova – Dr. Sci. (Eng.), Leading Researcher; Professor

Moscow; Mirny

dvoigp@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4105-944XМорозовВ. В.MorozovV. V.

Валерий Валентинович Морозов – доктор технических наук, профессор, кафедра общей и неорганической химии, Институт базового образования

Scopus ID 7402759618

г. Москва

Valery V. Morozov – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department general and inorganic chemistry

Moscow

dchmggu@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5757-4799ЧантурияЕ. Л.ChanturiaE. L.

Елена Леонидовна Чантурия – доктор технических наук, профессор, кафедра обогащения и переработки полезных ископаемых и техногенного сырья

Scopus ID 57196009376

г. Москва

Elena L. Chanturia – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Mineral processing

Moscow

elenachan@mail.ruКоваленкоЕ. Г.KovalenkoE. G.

Евгений Геннадьевич Коваленко – кандидат технических наук, главный инженер

Scopus ID 57200340844

г. Мирный

Evgeny G. Kovalenko – Cand. Sci. (Eng.), Ph. D., Chief Engineer

Mirny

kovalenkoeg@alrosa.ruИнститут проблем комплексного освоения недр РАН (ИПКОН РАН); Мирнинский Политехнический институт – филиал Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова (МПТИ (ф) СВФУ)РоссияInstitute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences; Mirny Polytechnic Institute (Branch) of the North-Eastern Federal University named after M. K. AmmosovRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «Московский институт стали и сплавов» (НИТУ МИСиС)РоссияNational University of Science and Technology “MISiS” (NUST “MISiS”)Russian FederationМирнинский Политехнический институт – филиал Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова (МПТИ (ф) СВФУ); Институт «Якутнипроалмаз», АК «АЛРОСА» (ПАО)РоссияMirny Polytechnic Institute (Branch) of the North-Eastern Federal University named after M. K. Ammosov; “Yakutniproalmaz Institute", ALROSA JSCRussian Federation20211310202163170180Copyright © Dvoichenkova G.P., Morozov V.V., Chanturia E.L., Kovalenko E.G., 20212021Двойченкова Г.П., Морозов В.В., Чантурия Е.Л., Коваленко Е.Г.Dvoichenkova G.P., Morozov V.V., Chanturia E.L., Kovalenko E.G.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/288

The main reason of decreasing diamond recovery through froth separation is their surface hydrophilization by hypergene minerals and technogenic films, crystallized from the supersaturated aqueous phase, fixed on the surface structurally or by adhesion. Various types of physical actions, including thermal and ultrasonic treatment of the initial feed of froth separation, are recommended to increase the diamond-bearing kimberlite beneficiation process performance, providing cleaning of the surface of diamonds due to destruction of their accretions with rock minerals and removal of film hydrophilizing coatings from the surface of diamond crystals. A sample of kimberlite material with a given content of diamonds of 1.5–2 mm in size was used as a subject of research in the process of froth separation. The results of thermodynamic calculations and experimental research have substantiated the necessity of using electrochemical conditioning of recycled water for increasing the efficiency of diamond surface cleaning in froth separation operation when using the process of thermal treatment of initial ore feed. The use of diaphragmless electrochemical conditioning of recycled water increases the efficiency of thermochemical dissolution of hydrophilizing compounds on the surface of diamonds through reducing the concentration of calcium and carbonate ions as well as through shifting the medium pH to 6.1–6.5. The measurements of the limiting wetting angle showed that the maximum effect of increasing the diamond surface hydrophobicity was achieved when heat and electrochemical treatment were used together. Laboratory studies showed the possibility of increasing flotation diamond extraction from 65.7 to 91.4 % through application of electrochemical conditioning of recycled water. The optimum parameters of diaphragmless electrochemical treatment of recycled water of the froth separation cycle in conditions of application of pulp heat treatment: current density of 175–200 A/m2 and power consumption of 1.2–1.5 kWh/m3. Tests carried out at processing plant No. 3 of the Mirny GOK (Mining and Processing Complex) (Mirny, Yakutiya) showed that the application of the developed froth separation process intensification method with the use of thermal treatment of pulp and electrochemical diaphragmless treatment of recycled water allowed increasing the recovery of diamonds of +0.5–2 mm size by 4.9–5.1 %.

Основной причиной снижения извлечения алмазов методом пенной сепарации является гидрофилизация их поверхности вследствие структурно или адгезионно закрепившихся на ней гипергенных минералов и выкристаллизованных из пересыщенной водной фазы техногенных пленок. Существенное повышение извлечения алмазов в концентрат пенной сепарации может быть достигнуто на основе комбинирования физических и физико-химических методов воздействия на твердую и жидкую фазу рудной пульпы, что определяет актуальность исследований. В качестве предмета исследований в процессе пенной сепарации использована проба кимберлитового материала с заданным содержанием алмазов крупностью 1,5–2 мм. Результатами термодинамических расчетов и экспериментальных исследований обоснована необходимость применения электрохимического кондиционирования оборотной воды для повышения эффективности очистки поверхности алмазов в операции пенной сепарации при применении технологии тепловой обработки исходного рудного питания. Использование бездиафрагменного электрохимического кондиционирования оборотной воды повышает эффективность термохимического растворения гидрофилизирующих образований на поверхности алмазов за счет снижения концентрации ионов кальция и карбоната, а также смещения рН среды до 6,1–6,5. Проведенными измерениями краевого угла смачивания показано, что максимальный эффект увеличения гидрофобности поверхности алмазов достигается при совместном применении тепловой и электрохимической обработки. Лабораторными исследованиями показана возможность повышения извлечения алмазов при флотации с применением электрохимического кондиционирования оборотной воды с 65,7 до 91,4 %. Выбраны оптимальные параметры бездиафрагменной электрохимической обработки оборотной воды цикла пенной сепарации в условиях применения технологии тепловой обработки пульпы: плотность тока 175–200 А/м2 и расход электроэнергии 1,2–1,5 кВтч/м3. Проведенными на обогатительной фабрике № 3 Мирнинского ГОКа (г. Мирный, Якутия) испытаниями показано, что применение разработанного режима интенсификации процесса пенной сепарации с применением тепловой обработки пульпы и электрохимической бездиафрагменной обработки оборотной воды позволяет повысить извлечение алмазов из класса +0,5–2 мм на 4,9–5,1 %.

алмазыизвлечениекимберлитыгидрофилизирующие образованияочисткапенная сепарацияоборотная водаэлектрохимическое кондиционированиетепловая обработкаобогатительная фабрикаМирнинский ГОКЯкутияdiamondextractionminingkimberlitehydrophilizing compoundspurificationfroth separationrecycled waterelectrochemical conditioningheat treatmentMirny GOKYakutiyaReferencesКуренков И. И. О свойствах поверхности алмаза в связи с извлечением из руд. В: Труды Института горного дела им. А. А. Скочинского. М.: Изд. АН СССР. 1957;4:241–251.Kurenkov I. I. On diamond surface properties in relation to extraction from ores. In: Proceedings of the A.A. Skochinsky Mining Institute. Мoscow: USSR Academy of Sciences Publ. 1957;4:241–251. (In Russ.).Чантурия В. А., Двойченкова Г. П., Тимофеев А. С., Подкаменный Ю. А. Исследование минеральных образований на поверхности алмазных кристаллов и условий их деструкции в процессах переработки текущих и отвальных хвостов алмазоизвлекающих фабрик. Горный журнал. 2019;(2):61–65. https://doi.org/10.17580/gzh.2019.02.12Chanturia V. A., Dvoychenkova G. P., Timofeev A. S., Podkamennyi Yu. A. Analysis and destruction of mineral impurities on the surface of diamond crystals in treatment of current and old tailings at diamond processing plants. Gornyi Zhurnal. 2019;(2):61–65. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/gzh.2019.02.12Zhang J., Kouznetsov D., Yub M. et al. Improving the separation of diamond from gangue minerals. Minerals Engineering. 2012;36–38:168–171. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2012.03.015Zhang J., Kouznetsov D., Yub M. et al. Improving the separation of diamond from gangue minerals. Minerals Engineering. 2012;36–38:168–171. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2012.03.015Dvoichenkova G., Chanturiya V., Morozov V., Podkamenny Y., Kovalchuk O. Analysis of distribution of secondary minerals and their associations on the surface of diamonds and in derrivative products of metasomatically altered kimberlites. Inzynieria Mineralna. 2019;(1(43)):43–46. https://doi.org/10.29227/IM-2019-01-07Dvoichenkova G., Chanturiya V., Morozov V., Podkamenny Y., Kovalchuk O. Analysis of distribution of secondary minerals and their associations on the surface of diamonds and in derrivative products of metasomatically altered kimberlites. Inzynieria Mineralna. 2019;(1(43)):43–46. https://doi.org/10.29227/IM-2019-01-07Макарский И. В., Адодин Е. И., Тарасова Л. Г. Совершенствование термохимических методов глубокой очистки алмазов. Горный журнал. 2011;(1):89–91.Makarskiy I. V., Adodin E. I., Tarasova L. G. Improvement of thermochemical methods of deep cleaning of diamonds Gornyi Zhurnal. 2011;(1):89–91. (In Russ.).Коваленко Е. Г. Обоснование и выбор условий удаления минеральных пленок с поверхности алмаза при тепловой обработке. В: Материалы международной конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». Екатеринбург; 2014. С.170–173.Kovalenko E. G. Rationale and selection of conditions for removal of mineral films from the surface of diamond during heat treatment. In: Proceedings of the International Conference “Scientific basis and practice of processing of ores and technogenic raw materials”. Yekaterinburg; 2014. Pp. 170–173. (In Russ.).Dvoichenkova G. P., Morozov V. V., Podkamennyi Yu. A., Chernysheva E. N. The formation of crystalline mineral covers on the surface of diamonds and their destruction with the use of electrochemically treated water products. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020;459:052098. https://doi.org/10.1088/1755-1315/459/5/052098Dvoichenkova G. P., Morozov V. V., Podkamennyi Yu. A., Chernysheva E. N. The formation of crystalline mineral covers on the surface of diamonds and their destruction with the use of electrochemically treated water products. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020;459:052098. https://doi.org/10.1088/1755-1315/459/5/052098Pestriak I., Morozov V., Otchir E. Modelling and development of recycled water conditioning of coppermolybdenum ores processing. International Journal of Mining Science and Technology. 2019;29(2):313–317. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2018.11.028Pestriak I., Morozov V., Otchir E. Modelling and development of recycled water conditioning of coppermolybdenum ores processing. International Journal of Mining Science and Technology. 2019;29(2):313–317. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2018.11.028Чантурия В. А., Рязанцева М. В., Двойченкова Г. П., Миненко В. Г., Копорулина Е. В. Модификация поверхности породообразующих минералов алмазосодержащих кимберлитов в условиях взаимодействия с техногенными и электрохимически обработанными водами. Физико-технические проблемы раз- работки полезных ископаемых. 2017;(1):127–134.Chanturia V. A., Ryazantseva M. V., Dvoichenkova G. P., Minenko V. G., Koporulina E. V. Surface modification of rock-forming minerals of diamond-bearing kimberlites under interaction with wastewater and electrochemically treated water. Journal of Mining Science. 2017;53(1):126–132. https://doi.org/10.1134/S1062739117011933Зеер Г. М., Фоменко О. Ю., Ледяева О. Н. Применение сканирующей электронной микроскопии в решении актуальных проблем материаловедения. Журнал Сибирского Федерального Университета. Серия: Химия. 2009;2(4):287–293. URL: http://elib.sfu-kras.ru/bitstream/handle/2311/1656/01_zeer.pdf;jsessionid=9EEDB70EDC99B0F248737B1BAAE0B0C9?sequence=1Zeer G. M., Fomenko O. Yu., Ledyaeva O. N. Application of scanning electron microscopy in material science. Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2009;2(4):287–293. (In Russ.). URL: http://elib.sfu-kras.ru/bitstream/handle/2311/1656/01_zeer.pdf;jsessionid=9EEDB70EDC99B0F248737B1BAAE0B0C9?sequence=1Chukanov N., Chervonnyi A. Infrared Spectroscopy of Minerals and Related Compounds. Springer International Publishing Switzerland; 2016. 1109 р.Chukanov N., Chervonnyi A. Infrared Spectroscopy of Minerals and Related Compounds. Springer International Publishing Switzerland; 2016. 1109 р.Коровкин М. В., Ананьева Л. Г. Инфракрасная спектроскопия карбонатных минералов. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2016. 96 с.Korovkin M. V., Ananyeva L. G. Infrared spectroscopy of carbonate minerals. Tomsk: Publishing House of Tomsk Polytechnical University; 2016. 96 p. (In Russ.).Тимакова Е. Физическая химия. Химическая термодинамика. Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет; 2016. 119 с.Timakova E. Physical chemistry. Chemical thermodynamics. Novosibirsk: Novosibirsk State Technical University Publ.; 2016. 119 p. (In Russ.).Киселев М. Г., Савич В. В., Павич Т. П. Определение краевого угла смачивания на плоских поверхностях. Вестник Белорусского национального технического университета. 2006;(1):38–41. URL: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/7007/%d0%a1.%2038-41.pdf?sequence=1&isAllowed=yKiselev M. G., Savich V. V., Pavich T.P. Determination of limiting wetting angle on flat surfaces. Bulletin of the Belarusian National Technical University. 2006;(1):38–41. (In Russ.). URL: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/7007/%d0%a1.%2038-41.pdf?sequence=1&isAllowed=yНамиот А. Ю. Растворимость газов в воде. Справочное пособие. М.: Недра; 1991. 177 с.Namiot A. Yu. Gas Solubility in Water. Reference book. М.: Nedra Publ.; 1991. 177 p. (In Russ.).Myerson A., Erdemir D., Lee A. (eds.) Handbook of industrial crystallization. Cambridge: Cambridge University Press; 2019. Рр. 76–114.Myerson A., Erdemir D., Lee A. (eds.) Handbook of industrial crystallization. Cambridge: Cambridge University Press; 2019. Рр. 76–114.Риббе П. Х., Ридер Р. Дж., Голдсмит Дж. Р. и др. Карбонаты. Минералогия и химия. (Пер. с англ.) Ридер Р. Дж. (ред.). М.: Мир, 1987. 494 с.Ribbe P. H., Reeder R. J., Goldsmith J. R. et al. Carbonates: Mineralogy and Chemistry. In: Ribbe P. H. (ed.). Reviews in Mineralogy. New York, USA: Stony Brook; 1983. 399 p. (Russ. transl.: Ribbe P. H., Reeder R. J., Goldsmith J. R. et al. Karbonaty. Mineralogiya i khimiya. Мoscow: Mir Publ.; 1987. 494 p.)Пестряк И. В. Моделирование и исследование физико-химических процессов при кондиционировании оборотных вод. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2015;(4):143–150.Pestryak I. V. Modeling and analysis of physicochemical processes in recirculating water conditioning. Journal of Mining Science. 2015;51(4):811–818. https://doi.org/10.1134/S1062739115040189Ryznar J. W. A new index for determining the amount of calcium carbonate formed by water. Journal of the American Water Works Association. 1944;(36):472–486.Ryznar J. W. A new index for determining the amount of calcium carbonate formed by water. Journal of the American Water Works Association. 1944;(36):472–486.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.