gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2023-07-136gscience-766Research ArticleBENEFICIATION AND PROCESSING OF NATURAL AND TECHNOGENIC RAW MATERIALSОБОГАЩЕНИЕ, ПЕРЕРАБОТКА МИНЕРАЛЬНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯCurrent trends of improving the efficiency of froth separation of diamond-bearing kimberlitesСовременные направления повышения эффективности пенной сепарации алмазосодержащих кимберлитовhttps://orcid.org/0000-0003-4105-944XМорозовВ. В.MorozovV. V.

Валерий Валентинович Морозов – доктор технических наук, профессор кафедры общей и неорганической химии

Scopus ID 7402759618

г. Москва

Valery V. Morozov – Dr. Sci. (Eng.), Professor of Department General and Inorganic Chemistry

Scopus ID 7402759618

Moscow

dchmggu@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0320-0839КоваленкоЕ. Г.KovalenkoE. G.

Евгений Геннадьевич Коваленко – кандидат технических наук, главный инженер;  доцент

Scopus ID 57200340844

г. Мирный

Evgeny G. Kovalenko – Cand. Sci. (Eng.), Chief Engineer, Associate Professor

Scopus ID 57200340844

Mirny

kovalenkoeg@alrosa.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3637-7929ДвойченковаГ. П.DvoychenkovaG. P.

Галина Петровна Двойченкова – доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, профессор

Scopus ID 8837172700

г. Москва, г. Мирный

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

Scopus ID 8837172700

Moscow, Mirny

dvoigp@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1745-6579ПестрякИ. В.PestryakI. V.

Ирина Васильевна Пестряк – доктор технических наук, заведующий кафедрой общей и неорганической химии, доцент

Scopus ID 55577597700

г. Москва

Irina V. Pestryak – Dr. Sci. (Eng.), Head of the Department of General and Inorganic Chemistry, Associate Professor

Scopus ID 55577597700

Moscow

spestryak@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8354-8802ЛезоваС. П.LezovaS. P.

Светлана Павловна Лезова – ст. преподаватель кафедры общей и неорганической химии

Scopus ID 57206659544

г. Москва

Svetlana P. Lezova – Senior Lecturer of the Department of General and Inorganic Chemistry

Scopus ID 57206659544

Moscow

svlezova@mail.ruУниверситет науки и технологий МИСИСРоссияUniversity of Science and Technology MISISRussian FederationИнститут «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» (ПАО) ; Мирнинский Политехнический институт – филиал Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова (МПТИ (ф) СВФУ)РоссияYakutniproalmaz Institute, ALROSA ; Mirny Polytechnical Institute under the North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov (MPTI (f) SVFU)Russian FederationИнститут проблем комплексного освоения недр РАН (ИПКОН РАН) ; Мирнинский Политехнический институт – филиал Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова (МПТИ (ф) СВФУ)РоссияInstitute for Problems of Integrated Subsoil Development, Russian Academy of Sciences ; Mirny Polytechnical Institute under the North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov (MPTI (f) SVFU)Russian Federation20240108202492Online First134145Copyright © Morozov V.V., Kovalenko E.G., Dvoychenkova G.P., Pestryak I.V., Lezova S.P., 20232023Морозов В.В., Коваленко Е.Г., Двойченкова Г.П., Пестряк И.В., Лезова С.П.Morozov V.V., Kovalenko E.G., Dvoychenkova G.P., Pestryak I.V., Lezova S.P.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/766

Along with the introduction of new froth separation sections at new and existing enterprises, the basis for increasing the output of small diamonds is the reduction of their losses at the existing froth separation sections. The results of the studies of diamond surface composition under conditions of technogenic hydrophilization made it possible to establish the influence of the effects of crystallization of carbonate and silicate mineral films and the fixation of sludge fractions on the hydrophobicity and floatability of diamonds. It was proposed to use combined regimes of conditioning of ore and recycled water to increase floatability of diamonds, providing removal of hydrophilizing coatings and restoration of natural hydrophobicity of diamonds. The application of methods of acoustic, thermal, electrochemical, and reagent treatment of water-mineral disperse systems, as well as their combinations to increase floatability and reduce losses of hydrophilic diamonds in the process of froth separation was considered and substantiated.

Based on the study of the effect of the temperature factor in the preparation and froth separation processes, the optimal temperature regime of froth separation cycle operations was substantiated, providing the use of the heat consumed for thermal treatment of the initial diamond-containing material at a temperature of 85–90°С to maintain the required temperature in the conditioning operations with a collector and immediately in the froth separation and flotation operations.

It was shown that the regulation of phase composition of an apolar collector by additives of low- and medium- molecular fractions provides increase of its collecting ability due to transition of asphaltene-resin fraction into adhesion-active form and occurrence of processes of the collector autodispergating in aqueous phase. On the basis of the statistical analysis of froth separation process indicators depending on changing the share of recycled water in the processes the reason for worsening the indicators (performance) was determined, which consisted in a significant increase in the concentration of sludges. The optimum degree of recycled water use (85%) was determined, which ensures decreasing the used collector consumption by 8% without decreasing diamond recovery and concentrate quality.

Наряду с внедрением новых отделений пенной сепарации на новых и действующих предприятиях ресурсом повышения выпуска мелких алмазов является снижение их потерь на действующих переделах пенной сепарации. Исследование состава поверхности алмазов в условиях техногенной гидрофилизации позволило установить влияние эффектов кристаллизации пленок карбонатных и силикатных минералов, а также закрепления шламовых фракций на уменьшение гидрофобности и флотируемости алмазов. Предложено использовать для повышения флотируемости алмазов комбинированные режимы кондиционирования руды и оборотной воды, обеспечивающие удаление гидрофилизирующих покрытий и восстановление природной гидрофобности алмазов. Рассмотрено и обосновано применение способов акустической, тепловой, электрохимической и реагентной обработки водно-минеральных дисперсных систем, а также их комбинаций для повышения флотируемости и снижения потерь гидрофильных алмазов в процессе пенной сепарации.

На основании исследования влияния температурного фактора в процессах подготовки и пенной сепарации обоснован оптимальный температурный режим операций цикла пенной сепарации, использующий тепло, расходуемое для тепловой обработки исходного алмазосодержащего продукта при температуре 85–90 °С, для поддержания требуемой температуры в операциях кондиционирования с собирателем и непосредственно в операциях пенной сепарации и флотации. Показано, что регулирование фазового состава аполярного собирателя добавками низко- и среднемолекулярных фракций обеспечивает повышение его собирательной способности за счет перевода асфальтен-смолистой фракции в адгезионно-активную форму и протекания процессов автодиспергирования собирателя в водной фазе.

На основании статистического анализа показателей процесса пенной сепарации в условиях изменения доли направляемой в технологические процессы оборотной воды определена причина снижения показателей, заключающаяся в существенном возрастании концентрации шламов. Определена оптимальная степень замыкания водооборота (85 %), обеспечивающая снижение расхода применяемого собирателя на 8 % без уменьшения извлечения алмазов и снижения качества концентратов.

алмазыкимберлитыпокрытиякондиционированиегидрофобизациясобирательпенная сепарациязамкнутый водооборотАК «АЛРОСА»diamondskimberlitescoatingsconditioninghydrophobizationcollectorfroth separationclosed-loop water recyclingALROSAReferencesЗлобин М. Н. Состояние и некоторые пути развития технологии обогащения алмазосодержащих руд на предприятиях АК «АЛРОСА». М.: Алмазы; 2002. C. 59–63.Zlobin M. N. The state and some ways of development of the technology of enrichment of diamond-containing raw materials at the “Alrosa” enterprise. Moscow: Almazy; 2002. Pp. 59–63. (In Russ.)Злобин М. Н. Технология крупнозернистой флотации при обогащении алмазосодержащих руд. Горный журнал. 2011;(1):87–89.Zlobin M. N. Technology of hard grained flotation during beneficiation of diamond-bearing ores. Gornyi Zhurnal. 2011;(1):87–89. (In Russ.)Горячев Б. Е. Технология алмазосодержащих руд. М: МИСИС; 2010. 326 с.Goryachev B. E. Technology of diamond-bearing ores. Moscow: MISIS; 2010. 326 p. (In Russ.)Махрачев А. Ф., Ларионов Н. П., Савицкий В. Б. Новые направления в технологии обогащения алмазосодержащего сырья на предприятиях АК «АЛРОСА». Горный журнал. 2005;(7):65–68.Makhrachev A. F., Larionov N. P., Savitsky V. B. New trends in developing the processes of diamond-bearing resources at ALROSA’s enterprises. Gornyi Zhurnal. 2005;(7):65–68 (In Russ.)Чантурия В. А. Двойченкова Г. П., Ковальчук О. Е. Поверхностные свойства алмазов метасоматически измененных кимберлитов и их модификация в условиях переработки минерального сырья. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2015;(2):138–149.Chanturia V. A., Dvoichenkova G. P., Koval’chuk O. E. Surface properties of diamonds recovered from metasomatically modified kimberlites during processing. Fiziko-Texhnicheskiye Problemy Razrabbotki Poleznykh Iskopaemykh. 2015;(2):138–149. (In Russ.)Коваленко Е. Г., Двойченкова Г. П., Поливанская В. В. Научное обоснование совместного применения тепловой и электрохимической обработки для повышения эффективности процесса пенной сепарации алмазосодержащего сырья. Научный вестник МГГУ. 2014;(3):67–80.Kovalenko E. G., Dvoichenkova G. P., Polivanskaya V. V. Joint scientific basis of heat and electrochemical treatment to improve foam separation of diamond ore. Nauchnyy Vestnik MGGU. 2014;(3):67–80. (In Russ.)Zhang J., Kouznetsov D. L., Yu 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. L., Yu 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.2012.03.015Liu L., Cheng G., Yu W., Yang Ch. Flotation collector preparation and evaluation of oil shale. Oil Shale. 2018;35(3):242–253. https://doi.org/10.3176/oil.2018.3.04Liu L., Cheng G., Yu W., Yang Ch. Flotation collector preparation and evaluation of oil shale. Oil Shale. 2018;35(3):242–253. https://doi.org/10.3176/oil.2018.3.04Морозов В. В., Коваленко Е. Г., Двойченкова Г. П., Чуть-Ды В. А. Выбор температурных режимов кондиционирования и флотации алмазосодержащих кимберлитов компаундными собирателями. Горные науки и технологии. 2022;7(4):287–297. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2022-10-23Morozov V. V., Kovalenko E. G., Dvoichenkova G. P., Chut-Dy V. A. Selection of Temperature regimes for conditioning and flotation of diamond-bearing kimberlite with compound collectors. Mining Science and Technology (Russia). 2022;7(4):287–297. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2022-10-23Westhuyzen P., Bouwer W., Jakins A. Current trends in the development of new or optimization of existing diamond processing plants, with focus on beneficiation. Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2014;114:537–546.Westhuyzen P., Bouwer W., Jakins A. Current trends in the development of new or optimization of existing diamond processing plants, with focus on beneficiation. Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2014;114:537–546.Di Feo A., Mortazavi S., Langley S. The Effects of Water Recycling on Flotation at a North American Concentrator, Part 1. Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering. 2020;8(4):37–45. https://doi.org/10.4236/jmmce.2020.84016Di Feo A., Mortazavi S., Langley S. The Effects of Water Recycling on Flotation at a North American Concentrator, Part 1. Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering. 2020;8(4):37–45. https://doi.org/10.4236/jmmce.2020.84016Mikhlin Yu. X-ray Photoelectron Spectroscopy in Mineral Processing Studies. Applied Sciences. 2020;10(15):5138. https://doi.org/10.3390/app10155138Mikhlin Yu. X-ray Photoelectron Spectroscopy in Mineral Processing Studies. Applied Sciences. 2020;10(15):5138. https://doi.org/10.3390/app10155138Thompson J. M. Infrared spectroscopy. Pan Stanford Publ.; 2018. 196 р.Thompson J. M. Infrared spectroscopy. Pan Stanford Publ.; 2018. 196 р.Huhtamäki T., Tian X., Korhonen J. T., Ras R. H. A. Surface-wetting characterization using contact-angle measurements. Nature Protocols. 2019;15:2259. https://doi.org/10.1038/s41596-018-0047-0Huhtamäki T., Tian X., Korhonen J. T., Ras R. H. A. Surface-wetting characterization using contact-angle measurements. Nature Protocols. 2019;15:2259. https://doi.org/10.1038/s41596-018-0047-0Алексеенко В. В., Воронов Д. В., Каташевцев М. Д., Пахомовский А. Н. Исследование гранулометрического состава эмульсий с помощью оптического микроскопа и методом автоматизированного распознавания объектов на цифровой фотографии. Вестник ИрГТУ. 2015;(2):99–104.Alekseenko V. V., Voronov D. V., Katashevtsev M. D., Pakhomovskiy A. N. Study of emulsion granulometric composition by means of an optical microscope and a method for automated recognition of objects in digital photos. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2015;(2):99–104. (In Russ.)Farrokhrouz M., Haghi H. The application of hallimond tube for floatability study of pure galena from nakhlak mine. In: 13th Conference on Environment and Mineral Processing. Part 1. Ostrava, Czech Republic; 2009. Pp. 89–96.Farrokhrouz M., Haghi H. The application of hallimond tube for floatability study of pure galena from nakhlak mine. In: 13th Conference on Environment and Mineral Processing. Part 1. Ostrava, Czech Republic; 2009. Pp. 89–96.Morozov V. V., Kovalenko E. G., Dvoichenkova G. P. et al. Selection of collector composition and temperature conditions for diamond foam separation. Journal of Mining and Metallurgy. 2022;58A(1):21–28. https://doi.org/10.5937/JMMA2201021MMorozov V. V., Kovalenko E. G., Dvoichenkova G. P. et al. Selection of collector composition and temperature conditions for diamond foam separation. Journal of Mining and Metallurgy. 2022;58A(1):21–28. https://doi.org/10.5937/JMMA2201021MХмелев В. Н., Хмелев С. С., Голых Р. Н., Барсуков Р. В. Повышение эффективности ультразвуковой кавитационной обработки вязких и дисперсных жидких сред. Ползуновский вестник. 2010;(3):321–325.Khmelev V. N., Khmelev S. S., Golykh R. N., Barsukov R. V. Increasing the efficiency of ultrasonic cavitation treatment of viscous and dispersed liquid media. Polzunovskiy Vestnik. 2010;(3):321–325 (In Russ.)Махрачев А. Ф. Повышение эффективности реагентов-собирателей для флотации алмазов на основе виброструйной магнитной активации. В: Труды международной конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». Екатеринбург; 2018. С. 122–126.Makhrachev A. F. Increasing the performance of collecting agents in diamond flotation on the basis of vibrojet magnetic activation. In: Proceedings of the International Conference “Scientific Basis and Practice of Processing of Ores and Technogenic Raw Materials”. Yekaterinburg; 2018. Pp. 122–126. (In Russ.)Коваленко Е. Г., Двойченкова Г. П., Морозов В. В. Выбор и обоснование режимов кондиционирования водно-минеральных систем при обогащении алмазосодержащих кимберлитов. В: Современные проблемы комплексной и глубокой переработки минерального сырья природного и техногенного происхождения. Плаксинские чтения – 2022. Владивосток; 2022. С. 102–105.Kovalenko E. G., Dvoichenkova G. P., Morozov V. V. Selection and justification of water-mineral system conditioning regimes in beneficiating diamond-bearing kimberlites. In: Current Problems of Complex and Deep Processing of Mineral Raw Materials of Natural and Technogenic Origin. Plaksin Readings – 2022. Vladivostok: 2022. Pp. 102–105. (In Russ.)Чантурия В. А., Трофимова Э. А., Богачев В. И., Диков Ю. П. Нанообразования на поверхности природных алмазов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009;(S14):35–41.Chanturia V. A., Trofimova E. A., Bogachev V. I., Dikov Y. P. Nanoformations on the surface of natural diamonds. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2009;(S14):35–41. (In Russ.)Пивоварова Н. А., Кириллова Л. Б., Такаева М. А. и др. О свойствах и строении нефтяных дисперсных систем. Вестник Астраханского государственного технического университета. 2008;(6):138–143.Pivovarova N. A., Kirillova L. B., Takaeva M. A. et al. On the properties and structure of petroleum dispersed systems. Vestnik of Astrakhan State Technical University. 2008;(6):138–143. (In Russ.)Ганеева Ю. М., Юсупова Т. Н., Романов Г. В. Асфальтеновые наноагрегаты: структура, фазовые превращения, влияние на свойства нефтяных систем. Успехи химии. 2011;80(10):1034–1050. (Trans. ver.: Ganeeva Y. M., Yusupova T. N., Romanov G. V. Asphaltene nano-aggregates: structure, phase transitions and effect on petroleum systems. Russian Chemical Reviews. 2011;80(10):993–1008. https://doi.org/10.1070/RC2011v080nl0ABEH004174)Ganeeva Y. M., Yusupova T. N., Romanov G. V. Asphaltene nano-aggregates: structure, phase transitions and effect on petroleum systems. Russian Chemical Reviews. 2011;80(10):993–1008. https://doi.org/10.1070/RC2011v080nl0ABEH004174 (Orig. ver.: Ganeeva Y. M., Yusupova T. N., Romanov G. V. Asphaltene nano-aggregates: structure, phase transitions and effect on petroleum systems. Uspekhi Khimii. 2011;80(10):993–1008. (In Russ.))Пестряк И. В. Моделирование и исследование физико-химических процессов при кондиционировании оборотных вод. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.2015;(4):143–150. (Trans. ver.: 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/S1062739115040189)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/S1062739115040189 (Orig. ver.: Pestryak I. V. Modeling and analysis of physicochemical processes in recirculating water conditioning. Fiziko-Tekhnicheskiye Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopayemykh. 2015;(4):143–150. (In Russ.))Michaux B., Hannula J., Rudolph M., Reuter M. A. Study of process water recirculation in a flotation plant by means of process simulation. Minerals Engineering. 2020;148:106181. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2020.106181Michaux B., Hannula J., Rudolph M., Reuter M. A. Study of process water recirculation in a flotation plant by means of process simulation. Minerals Engineering. 2020;148:106181. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2020.106181

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