gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2025-06-419gscience-984Research ArticleBENEFICIATION AND PROCESSING OF NATURAL AND TECHNOGENIC RAW MATERIALSОБОГАЩЕНИЕ, ПЕРЕРАБОТКА МИНЕРАЛЬНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯApplication of polystyrene sulfonates for the depression of magnesium-containing silicates in copper-nickel ore flotationПрименение полиcтиролсульфонатов для депрессии магнийсодержащих силикатов при флотации медно-никелевых рудhttps://orcid.org/0000-0002-7955-5273ЛавриненкоА. А.LavrinenkoA. A.

Анатолий Афанасьевич Лавриненко – доктор технических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией

г. Москва

Anatoly A. Lavrinenko – Dr. Sci. (Eng.), Chief Researcher, Head of the Laboratory

Moscow

lavrin_a@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7968-3144ГольбергГ. Ю.GolbergG. Yu.

Григорий Юрьевич Гольберг – доктор технических наук, ведущий научный сотрудник

г. Москва

Scopus ID 41761734500

Grigory Yu. Golberg – Dr. Sci. (Eng.), Leading Researcher

Moscow

gr_yu_g@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5980-8472КузнецоваИ. Н.KuznetsovaI. N.

Ирина Николаевна Кузнецова – кандидат технических наук, старший научный сотрудник

г. Москва

Scopus ID 57201564209

Irina N. Kuznetsova – Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

Moscow

Scopus ID 57201564209

iren-kuznetsova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5655-1747ЛусинянО. Г.LusinyanO. G.

Оганес Георгиевич Лусинян – кандидат технических наук, ведущий инженер

г. Москва

Scopus ID 57201648662

Oganes G. Lusinyan – Cand. Sci. (Eng.), Lead Engineer

Moscow

Scopus ID 57201648662

lusinyan.oganes@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4348-8854ТверскойВ. А.TverskoyV. A.

Владимир Аркадьевич Тверской – доктор химических наук, профессор

г. Москва

Scopus ID 6604012434

ResearcherID H-8042-2017

Vladimir A. Tverskoy – Dr. Sci. (Chem.), Professor

Moscow

Scopus ID 6604012434

ResearcherID H-8042-2017

tverskoj@mirea.ruИнститут проблем комплексного освоения недр имени академика Н. В. Мельникова РАНРоссияResearch Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of the Russian Academy of SciencesRussian FederationМИРЭА – Российский технологический университет, Институт тонких химических технологий имени М. В. ЛомоносоваРоссияMIREA – Russian Technological University, Lomonosov Institute of Fine Chemical TechnologiesRussian Federation202513102025103280288Copyright © Lavrinenko A.A., Golberg G.Y., Kuznetsova I.N., Lusinyan O.G., Tverskoy V.A., 20252025Лавриненко А.А., Гольберг Г.Ю., Кузнецова И.Н., Лусинян О.Г., Тверской В.А.Lavrinenko A.A., Golberg G.Y., Kuznetsova I.N., Lusinyan O.G., Tverskoy V.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/984

It is very urgent to increase the efficiency of depressing magnesium-containing silicates (MS) in the course of the flotation of copper-nickel ores to reduce the content of magnesium in the concentrate, which causes a significant increase in energy consumption in pyrometallurgical processing of the concentrate. The use of polymer reagents containing sulfo groups seems to be a promising area of research. However, only lignosulfonates have been studied so far in this field. The question of the effectiveness of the depressing effect of other polymer sulfonates including polystyrene sulfonates (PSS), and their comparison with polysaccharides used in industrial conditions remains unclear. The purpose of this work is to study the depressing effect of PSS on the performance of bulk flotation of copper-nickel ores. Research objectives: to experimentally compare the effectiveness of the depressing effect of PSS and a reagent from the polysaccharide class on MS; to determine the modes of PSS use to reduce the magnesium content in the concentrate without significantly reducing the recovery of copper and nickel into the bulk concentrate; to establish the effect of molecular weight and the method of obtaining PSS samples on the effectiveness of their depressing effect. Laboratory experimental studies were carried out on the bulk flotation of copper-nickel ores from the Kola Peninsula, containing 15.7% of magnesium, 0.44% of nickel and 0.25% of copper. The effect of the following polymer anionic reagents on the flotation was studied: PSSs with molecular weight ranging from 89,000 to 208,000 g/mol; polyanionic cellulose (PAC-N) was used for comparison. To increase the effectiveness of these reagents, magnesium chloride was previously added. It was found that the lowest magnesium content in the concentrate of 14.7% was achieved using a composition of magnesium chloride and PSS against 16.7% without the depressants. It was shown that PSS provides a higher recovery of copper (by 7%) and nickel (by 8%) into the concentrate than when using PAC-N, since PSS, unlike polysaccharides, does not form chelate complexes with these metals. It was also shown that for PSS samples, the molecular weight within these limits has virtually no effect on the studied ore flotation performance. New scientific knowledge has been obtained about the effect of the consumption and properties of PSS on the flotation performance. It has been shown that the practical use of this class of reagents is advisable for the flotation of copper-nickel ores with a high magnesium content in cases where it is necessary to achieve the maximum possible decreasing the content of this element in the concentrate without significantly reducing the recovery of copper and nickel.

Весьма актуальной является задача повышения эффективности депрессии магнийсодержащих силикатов (МС) при флотации медно-никелевых руд для снижения содержания в концентрате магния, вызывающего существенное увеличение энергозатрат на пирометаллургическую переработку концентрата. Перспективным направлением представляется применение полимерных реагентов, содержащих сульфогруппы. Однако до настоящего времени изучено действие только лигносульфонатов. Остаётся неясным вопрос об эффективности депрессирующего действия других полимерных сульфонатов, включая полистиролсульфонаты (ПСС), и в их сравнении с полисахаридами, применяемыми в промышленных условиях. Цель настоящей работы: изучение депрессирующего действия ПСС на эффективность коллективной флотации медно-никелевой руды. Задачи исследований: экспериментальное сравнение эффективности депрессирующего действия ПСС и реагента из класса полисахаридов на МС; определение режимов применения ПСС, обеспечивающих снижение содержания магния в пенном продукте без существенного снижения извлечения меди и никеля в коллективный концентрат; установление влияния молекулярной массы и способа получения образцов ПСС на эффективность их депрессирующего действия. Выполнены лабораторные экспериментальные исследования по коллективной флотации медно-никелевой руды Кольского полуострова, содержащей 15,7 % магния, 0,44 % никеля и 0,25 % меди. Изучено влияние на флотацию полимерных анионоактивных реагентов: ПСС со значениями молекулярной массы от 89 000 до 208 000 г/моль; для сравнения применяли полианионную целлюлозу (ПАЦ-Н). Для повышения эффективности действия этих реагентов предварительно добавляли хлорид магния. Установлено, что наименьшее содержание магния в концентрате достигается применением композиции хлорида магния и ПСС и составляет 14,7 % против 16,7 % без депрессоров. Показано, что ПСС обеспечивает более высокое извлечение меди (на 7 %) и никеля (на 8 %) в концентрат, чем в случае применения ПАЦ-Н, так как ПСС, в отличие от полисахаридов, не образует хелатные комплексы с указанными металлами. Также показано, что для образцов ПСС значение молекулярной массы в указанных пределах практически не влияет на показатели флотации исследованной руды. Получены новые научные знания о влиянии расхода и свойств ПСС на показатели флотации и показано, что практическое применение этого класса реагентов целесообразно при флотации медно-никелевых руд с высоким содержанием магния в тех случаях, когда требуется достигнуть максимально возможного снижения содержания этого элемента в концентрате без существенного снижения извлечения меди и никеля.

флотациямедно-никелевая рудадепрессия магнийсодержащих силикатовполистиролсульфонатыкатионы магнияполианионная целлюлозаflotationcopper-nickel oredepression of magnesium-containing silicatespolystyrene sulfonatesmagnesium cationspolyanionic celluloseReferencesБоярко Г. Ю., Лаптева А. М., Болсуновская Л. М. Минерально-сырьевая база меди России: состояние, возможности развития. Горные науки и технологии. 2024;9(4):352–386. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2024-05-248Boyarko G. Yu., Lapteva A. M., Bolsunovskaya L. M. Mineral resource base of Russia’s copper: current state and development prospects. Mining Science and Technology (Russia). 2024;9(4):352–386. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2024-05-248Светлов А. В., Красавцева Е. А., Горячев А. А., Поторочин Е. О. Проблема переработки бедных руд и техногенных отходов, снижение негативного влияния на окружающую среду от деятельности предприятий горнопромышленного комплекса. Вестник Кольского научного центра РАН. 2020;12(3):21–33. https://doi.org/10.37614/2307-5228.2020.12.3.003Svetlov A. V., Krasavtseva E. A., Goryachev A. A., Potorochin E. O. The challenge in mineral processing for low-grade ores and man-made waste: how to reduce the negative environmental impact from the mining industry? Bulletin of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences. 2020;12(3):21–33. https://doi.org/10.37614/2307-5228.2020.12.3.003Гань Ф., Гао Л., Дай Х. и др. Разработка технологии обогащения бедной медно-никелевой руды. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2023;(5):140–151. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20230515 (Перев. вер.: Gan F., Gao L., Dai H., et al. Study on beneficiation technology for rational utilization of low-grade copper nickel symbiotic ore. Journal of Mining Science. 2023;59(5):828–839. https://doi.org/10.1134/S1062739123050150)Gan F., Gao L., Dai H., et al. Study on beneficiation technology for rational utilization of low-grade copper nickel symbiotic ore. Journal of Mining Science. 2023;59(5):828–839. https://doi.org/10.1134/S1062739123050150 (Orig. ver.: Gan F., Gao L., Dai H., et al. Study on beneficiation technology for rational utilization of low-grade copper nickel symbiotic ore. Fiziko-Texhnicheskiye Problemy Razrabbotki Poleznykh Iskopaemykh. 2023;(5):140–151. (In Russ.) https://doi.org/10.15372/FTPRPI20230515)Степанова К. Д., Казанцева М.И. Влияние вещественного состава медно-никелевых руд на процессы их обогащения. Горная промышленность. 2021;(S5–2):17–23.Stepanova K. D., Kazantseva M. I. Impact of material composition of copper-nickel ores on their processing. Mining Industry Journal. 2021;(S5–2):17–23. (In Russ.)Xie J., Sun W., Zhao K., et al. Upgrading of talc-bearing copper-nickel sulfide ore by froth flotation using sodium phytate as depressant. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2024;687:133561. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2024.133561Xie J., Sun W., Zhao K., et al. Upgrading of talc-bearing copper-nickel sulfide ore by froth flotation using sodium phytate as depressant. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2024;687:133561. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2024.133561Zhao K., Yan W., Wang X., et al. Effect of a novel phosphate on the flotation of serpentine-containing copper-nickel sulfide ore. Minerals Engineering. 2020;150:106276. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2020.106276Zhao K., Yan W., Wang X., et al. Effect of a novel phosphate on the flotation of serpentine-containing copper-nickel sulfide ore. Minerals Engineering. 2020;150:106276. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2020.106276Yin F., Zhang Ch., Yu Y., et al. Review on the challenges of magnesium removal in nickel sulfide ore flotation and advances in serpentinite depressor. Minerals. 2024;14(10):965. https://doi.org/10.3390/min14100965Yin F., Zhang Ch., Yu Y., et al. Review on the challenges of magnesium removal in nickel sulfide ore flotation and advances in serpentinite depressor. Minerals. 2024;14(10):965. https://doi.org/10.3390/min14100965Dikmen S., Ersoy B., Dikmen Z. Adsorption behaviour of ionic and non-ionic surfactants onto talc a naturally hydrophobic mineral-a comparative study. Eskişehir Technical University Journal of Science and Technology A – Applied Sciences and Engineering. 2020;21:139–152. https://doi.org/10.18038/estubtda.829712Dikmen S., Ersoy B., Dikmen Z. Adsorption behaviour of ionic and non-ionic surfactants onto talc a naturally hydrophobic mineral-a comparative study. Eskişehir Technical University Journal of Science and Technology A – Applied Sciences and Engineering. 2020;21:139–152. https://doi.org/10.18038/estubtda.829712Douillard J. M., Zajac J., Malandrini H., Clauss F. Contact angle and film pressure: study of a talc surface. Journal of Colloid and Interface Science. 2002;255(2):341–351. https://doi.org/10.1006/jcis.2002.8611Douillard J. M., Zajac J., Malandrini H., Clauss F. Contact angle and film pressure: study of a talc surface. Journal of Colloid and Interface Science. 2002;255(2):341–351. https://doi.org/10.1006/jcis.2002.8611Galet L., Goalard C., Dodds J.A. The importance of surface energy in the dispersion behaviour of talc particles in aqueous media. Powder Technology. 2009;190(1–2):242–246. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2008.04.086Galet L., Goalard C., Dodds J.A. The importance of surface energy in the dispersion behaviour of talc particles in aqueous media. Powder Technology. 2009;190(1–2):242–246. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2008.04.086Binbin Li, Guofan Zhang, Dezhi Liu, Jianhua Chen. Selective alteration mechanisms of sodium tripolyphosphate towards serpentine: Implications for flotation of pyrite from serpentine. Journal of Molecular Liquids. 2022;368(Part A):120687. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.120687Binbin Li, Guofan Zhang, Dezhi Liu, Jianhua Chen. Selective alteration mechanisms of sodium tripolyphosphate towards serpentine: Implications for flotation of pyrite from serpentine. Journal of Molecular Liquids. 2022;368(Part A):120687. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.120687Красавцева Е. А., Горячев А. А. Обзор способов депрессии талька при флотации медно-никелевых руд. Труды Кольского научного центра РАН. 2019;10(6–1):149–154. https://doi.org/10.25702/KSC.2307-5252.2019.6.020Krasavtseva E. A., Goryachev A. A. Review of methods of talc depression at the flotation of copper-nickel ores. Proceedings of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences. 2019;10(6–1):149–154. (In Russ.) https://doi.org/10.25702/KSC.2307-5252.2019.6.020Liao R., Deng J., Lai H., et al. An overview of technologies and selective depressing agents for separating chalcopyrite and talc. International Journal of Metallurgical & Materials Engineering. 2018;4:146. https://doi.org/10.15344/2455-2372/2018/146Liao R., Deng J., Lai H., et al. An overview of technologies and selective depressing agents for separating chalcopyrite and talc. International Journal of Metallurgical & Materials Engineering. 2018;4:146. https://doi.org/10.15344/2455-2372/2018/146Huang R., Liu J., Yang D., et al. Depression effect of CMC on sulfide ore flotation and its influencing factors. Chinese Journal of Engineering. 2024;46(4):627–636. (In Chinese) https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.28.006Huang R., Liu J., Yang D., et al. Depression effect of CMC on sulfide ore flotation and its influencing factors. Chinese Journal of Engineering. 2024;46(4):627–636. (In Chinese) https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.28.006Лавриненко А. А., Кузнецова И. Н., Лусинян О. Г., Гольберг Г. Ю. Применение отечественных полимерных анионоактивных депрессоров при флотации забалансовой оталькованной медно-никелевой руды. Известия вузов. Цветная металлургия. 2023;29(5):5–14. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-5-5-14Lavrinenko A. A., Kuznetsova I. N., Lusinyan O. G., Golberg G. Yu. Utilizing Russian polymer anion active depressants in the flotation of out-of-balance talcose copper nickel ore. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2023;29(5):5–14. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-5-5-14Xue J., Tu H., Shi J., et al. Enhanced inhibition of talc flotation using acidified sodium silicate and sodium carboxymethyl cellulose as the combined inhibitor. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2023;30(7):1310–1319. https://doi.org/10.1007/s12613-022-2582-5Xue J., Tu H., Shi J., et al. Enhanced inhibition of talc flotation using acidified sodium silicate and sodium carboxymethyl cellulose as the combined inhibitor. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2023;30(7):1310–1319. https://doi.org/10.1007/s12613-022-2582-5Лавриненко А. А., Кузнецова И. Н., Гольберг Г. Ю., Лусинян О. Г. Совместное применение жидкого стекла и полисахаридов при флотации оталькованных медно-никелевых руд. Известия вузов. Цветная металлургия. 2024;30(2):5–15. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2024-2-5-15Lavrinenko A. A., Kuznetsova I. N., Golberg G. Yu., Lusinyan O. G. Joint use of sodium silicate and polysaccharides in the flotation of talcose copper-nickel ores. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2024;(2):5–15. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2024-2-5-15Fu Y., Zhu Zh., Yao J., et al. Improved depression of talc in chalcopyrite flotation using a novel depressant combination of calcium ions and sodium lignosulfonate. Colloids and Surfaces A. 2018;558:88–94. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2018.08.056Fu Y., Zhu Zh., Yao J., et al. Improved depression of talc in chalcopyrite flotation using a novel depressant combination of calcium ions and sodium lignosulfonate. Colloids and Surfaces A. 2018;558:88–94. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2018.08.056Mai Q., Zhou H., Ou L.. Flotation separation of chalcopyrite and talc using calcium ions and calcium lignosulfonate as a combined depressant. Metals. 2021;11(4):651. https://doi.org/10.3390/met11040651Mai Q., Zhou H., Ou L.. Flotation separation of chalcopyrite and talc using calcium ions and calcium lignosulfonate as a combined depressant. Metals. 2021;11(4):651. https://doi.org/10.3390/met11040651Лавриненко А. А., Кузнецова И. Н., Гольберг Г. Ю. Депрессия флотоактивных силикатов с применением полимерных анионоактивных реагентов. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2024;(6):160–167. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20240617 (Перев. вер.: Lavrinenko A. A., Kuznetsova I. N., Gol'berg G. Yu. Depression of flotation-sensitive silicates using polymeric anion active reagents. Journal of Mining Science. 2024;60(6):1022–1028. https://doi.org/10.1134/S1062739124060176)Lavrinenko A. A., Kuznetsova I. N., Gol'berg G. Yu. Depression of flotation-sensitive silicates using polymeric anion active reagents. Journal of Mining Science. 2024;60(6):1022–1028. https://doi.org/10.1134/S1062739124060176 (Orig. ver.: Lavrinenko A. A., Kuznetsova I. N., Gol'berg G. Yu. Depression of flotation-sensitive silicates using polymeric anion active reagents. Fiziko-Texhnicheskiye Problemy Razrabbotki Poleznykh Iskopaemykh. 2024;(6):160–167. (In Russ. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20240617)Molifie A., Becker M., Geldenhuys S., McFadzean B. Investigating the reasons for the improvement in flotation grade and recovery of an altered PGE ore when using sodium silicate. Minerals Engineering. 2023;195:108024. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2023.108024Molifie A., Becker M., Geldenhuys S., McFadzean B. Investigating the reasons for the improvement in flotation grade and recovery of an altered PGE ore when using sodium silicate. Minerals Engineering. 2023;195:108024. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2023.108024Cao J., Tian X., Luo Y., Hu X. The effect of graphene oxide on the slime coatings of serpentine in the flotation of pentlandite. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2017;522:621–627. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.03.043Cao J., Tian X., Luo Y., Hu X. The effect of graphene oxide on the slime coatings of serpentine in the flotation of pentlandite. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2017;522:621–627. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.03.043Feng B., Lu Y., Feng Q., et al. Mechanisms of surface charge development of serpentine mineral. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013;23(4):1123–1128. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62574-1Feng B., Lu Y., Feng Q., et al. Mechanisms of surface charge development of serpentine mineral. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013;23(4):1123–1128. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62574-1Wang J., Somasundaran P. Adsorption and conformation of carboxymethyl cellulose at solid-liquid interfaces using spectroscopic, AFM and allied techniques. Journal of Colloid and Interface Science. 2005; 291(1): 75–83. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.04.095Wang J., Somasundaran P. Adsorption and conformation of carboxymethyl cellulose at solid-liquid interfaces using spectroscopic, AFM and allied techniques. Journal of Colloid and Interface Science. 2005; 291(1): 75–83. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.04.095El-Saied H., Basta A. H., Hanna A. A., El-Sayed A.M. Semiconductor properties of carboxymethyl cellulose-copper complexes. Polymer-Plastics Technology and Materials. 1999;38(5):1095–1105. https://doi.org/10.1080/03602559909351633El-Saied H., Basta A. H., Hanna A. A., El-Sayed A.M. Semiconductor properties of carboxymethyl cellulose-copper complexes. Polymer-Plastics Technology and Materials. 1999;38(5):1095–1105. https://doi.org/10.1080/03602559909351633Hosny W. M., Abdel Hadi A. K., El-Saied H., Basta A. H. Metal chelates with some cellulose derivatives. Part III. Synthesis and structural chemistry of nickel (II) and copper (II) complexes with carboxymethyl cellulose. Polymer International. 1995;37(2):93–96. https://doi.org/10.1002/pi.1995.210370202Hosny W. M., Abdel Hadi A. K., El-Saied H., Basta A. H. Metal chelates with some cellulose derivatives. Part III. Synthesis and structural chemistry of nickel (II) and copper (II) complexes with carboxymethyl cellulose. Polymer International. 1995;37(2):93–96. https://doi.org/10.1002/pi.1995.210370202

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