Wie können neue umweltfreundliche Inhibitoren die komplexen Trennprobleme von Blei-Zink-Erzen lösen?
Im Flotationsbehälter brodelt der Schaum, und ein grünes Reagenz verändert still und leise die Spielregeln für die Blei-Zink-Trennung.
In traditionellen Erzaufbereitungsanlagen durchdringt der stechende Geruch von Natriumsulfid die Flotationswerkstatt, hohe Dosen von Kalk verursachen starke Ablagerungen in den Rohren, und die Kosten für die Abwasserbehandlung bleiben hoch. Diese herkömmlichen Inhibitoren erweisen sich oft als unwirksam, wenn es um komplexe Blei-Zink-Erze geht.
Schwer aufzubereitende oxidierte Blei-Zink-Erze, gemischte Blei-Zink-Sulfiderze und Erze, die kohlenstoffhaltige oder tonhaltige Gangarten enthalten, bei denen Blei- und Zinkmineralien eine ähnliche Flotierbarkeit aufweisen, lassen sich mit herkömmlichen Reagenzien nur schwer effizient trennen. Dies führt zu einem übermäßigen Zinkgehalt im Bleikonzentrat und einer Anreicherung von Bleiverunreinigungen im Zinkkonzentrat, was zu anhaltend niedrigen Ausbeuten führt.
Mit zunehmendem Umweltdruck stehen einige traditionelle Inhibitoren aufgrund ihrer Toxizität oder Nicht-Biodegradierbarkeit vor dem Risiko, verboten zu werden. Die Suche nach effizienten, wenig toxischen und leicht biologisch abbaubaren neuen Inhibitoren ist zu einer dringenden Aufgabe für die Industrie geworden.
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Trennungsdilemma: Warum versagen traditionelle Inhibitoren angesichts komplexer Erzkörper?
Traditionelle Inhibitoren wie Cyanid und Dichromat sind zwar einigermaßen wirksam, aber hochgiftig und bergen ein hohes Risiko für Umweltverschmutzung, und ihre Verwendung wurde schrittweise eingeschränkt. Selbst die relativ umweltfreundliche Kalk-Natriumsulfid-Kombination hat Probleme wie hohe Dosierung, geringe Anwendbarkeit und starke Hemmung von Begleitmetallen.
Bei komplexen Blei-Zink-Erzen mit hohem Schwefel-, hohem Eisen-, hohem Oxidationsgehalt oder mit kohlenstoffhaltigen oder tonhaltigen „Störkomponenten“ kommt es bei traditionellen Verfahren häufig zu einem drastischen Rückgang der Trenneffizienz. Die Indikatoren für die Blei-Zink-Kontamination verschlechtern sich, die Qualität des Konzentratprodukts sinkt, was sich direkt auf die Verkaufspreise auswirkt.
In einem Bergbaugebiet erreichte der Bleigehalt im Zinkkonzentrat 1,2 %, als herkömmliche Inhibitoren eingesetzt wurden, was den vertraglichen Grenzwert von 0,8 % weit überstieg, was zur Ablehnung der gesamten Produktcharge und zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten führte.
Die Umweltvorschriften werden immer strenger, und einige Bergwerke sehen sich aufgrund von übermäßigen Schwermetallen oder Rückständen toxischer Substanzen in ihrem Abwasser mit Bußgeldern oder sogar Produktionsstilllegungen konfrontiert. Die Kosten für die Einhaltung der Umweltauflagen sind zu einem wesentlichen Bestandteil der Erzaufbereitungskosten geworden.
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Wirkungsweise: Wie erzielen umweltfreundliche Inhibitoren eine selektive Hemmung?
Neue umweltfreundliche Inhibitoren sind hauptsächlich organische Polymerinhibitoren und kombinierte Konditionierungsmittel. Ihre Wirkungsweise unterscheidet sich von der traditionellen „Blockierungs“-Art der Hemmung und ist selektiver. Diese Reagenzien werden auf molekularer Ebene entwickelt, um eine spezifische Adsorption ihrer funktionellen Gruppen auf der Oberfläche von Zinkmineralien oder Gangartenmineralien zu induzieren, wodurch ihre Hydrophilie verändert und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Flotierbarkeit von Bleimineralien minimiert werden. Beispielsweise zeigen bestimmte modifizierte Stärken oder Cellulosederivate signifikante Hemmungseffekte auf Sphalerit, aber eine schwächere Hemmung auf Pyrit.
Umwelteigenschaften spiegeln sich sowohl an der Quelle als auch am Ende wider: Synthetische Rohstoffe sind in der Regel natürlich und erneuerbar (z. B. Pflanzenextrakte), und die Molekülstruktur ist in der natürlichen Umgebung leicht biologisch abbaubar. Industrielle Versuche haben gezeigt, dass die theoretische Dosierung einiger neuer Reagenzien im Vergleich zu herkömmlichen Inhibitoren um 30 % bis 50 % reduziert werden kann und dass sie ungiftig und harmlos sind.
In Tests der Tianzhou-Gruppe an einem kohlenstoffhaltigen, tonhaltigen Blei-Zink-Erz wurde festgestellt, dass die Verwendung einer spezifischen Kombination von umweltfreundlichen Inhibitoren nicht nur die Blei-Zink-Trenneffizienz verbesserte, sondern auch die Ausbeute an Spuren von Begleitsilber, das zuvor stark gehemmt wurde, um etwa 15 % erhöhte, wodurch eine doppelte Optimierung sowohl der Hauptmetalle als auch der Begleitmetalle erreicht wurde.
03Industrielle Verifizierung: Von Labordaten zu stabilen Produktionsindikatoren
Ein großes Blei-Zink-Bergwerk in Südwestchina hatte ein Erz mit einer Zinkoxidationsrate von über 30 % und enthielt eine große Menge an leicht verschlammendem Chlorit. Das ursprüngliche Verfahren verwendete eine große Menge an Kalk und Natriumsulfid, was zu einer Zinkausbeute von weniger als 75 % führte, und der hohe pH-Wert des recycelten Wassers erschwerte die Wiederverwendung.
Nach der Einführung eines neuen umweltfreundlichen Schemas, das hauptsächlich auf Natriumhumat und einem Polysaccharid-Inhibitor basiert, und nach kontinuierlichen Labortests zur Flotation und dreimonatiger industrieller Inbetriebnahme zeigten die endgültigen stabilen Indikatoren: Der Zinkkonzentratgehalt stieg von 48 % auf 51 %, die Ausbeute stieg von 75 % auf 82 % und die Verlustrate von Zink im Bleikonzentrat sank um 2,1 Prozentpunkte.
Die Reagenzkosten pro Tonne Rohmaterial stiegen um etwa 0,8 Yuan, aber die Vorteile aus der erhöhten Ausbeute und der verbesserten Konzentratqualität führten zu einem Nettogewinn von mehr als 5 Yuan pro Tonne Rohmaterial. Die Umweltvorteile waren noch signifikanter, da die Kosten für die Abwasserbehandlung um etwa 40 % sanken und ein geschlossener Kreislauf von über 85 % des Flotationsabwassers erreicht wurde.
In der Praxis in einem schwefelreichen Blei-Zink-Bergwerk in Xinjiang löste das neue Inhibitorschema erfolgreich das Problem der Trennung von Pyrit von Sphalerit und stellte sicher, dass der Schwefelgehalt im Zinkkonzentrat den Standards entsprach, wodurch die Notwendigkeit nachfolgender Entschwefelungskosten entfiel. Industriedaten zeigen, dass der Gesamtverbrauch an Sammlern dadurch um etwa 20 % gesunken ist.
04Kosten-Nutzen-Analyse: Wie wandeln sich Umweltinvestitionen in Nettogewinn um?
Die Bewertung der Wirtschaftlichkeit neuer Inhibitoren erfordert die Erstellung eines umfassenden Kostenmodells, das mehrere Dimensionen umfasst, wie z. B. direkte Reagenzkosten, Vorteile der Metallausbeute, Prämien für die Produktqualität, Einsparungen bei den Kosten für die Einhaltung der Umweltauflagen und eine verbesserte Produktionsstabilität.
Der direkte Vergleich der Reagenz-Stückpreise kann irreführend sein. In einem Fall war der Stückpreis des neuen Inhibitors dreimal so hoch wie der von Natriumsulfid, aber aufgrund seiner hohen Effizienz und Selektivität betrug der tatsächliche Verbrauch nur 1/4 des herkömmlichen Reagenz, was zu einer Reduzierung der Gesamtkosten für Inhibitoren pro Tonne Erz um 10 % führte.
Verbesserte Metallausbeuten schlagen sich direkt in Einnahmen nieder. Am Beispiel einer Aufbereitungsanlage mit einer Tageskapazität von 3000 Tonnen Erz kann eine Steigerung der Zinkausbeute um 1 % bei den aktuellen Zinkpreisen jährlich Millionen von Yuan an zusätzlichem Bruttogewinn generieren. Die Qualitätsprämie, die sich aus dem verbesserten Konzentratgehalt ergibt, ist ebenfalls beträchtlich.
Umweltvorteile sind quantifizierbar. Der reduzierte Einsatz toxischer Reagenzien senkt direkt die Schwierigkeiten bei der Abwasserbehandlung und die Kosten für die Entsorgung gefährlicher Abfälle. In einigen Bergbaugebieten, in denen die neuen Inhibitoren eingesetzt wurden, haben sich die Umweltsteuerlasten verringert, und es wurden strengere Umweltbewertungsanforderungen erfüllt, wodurch Hindernisse für den langfristigen legalen Betrieb des Bergwerks beseitigt wurden.
Die immateriellen Vorteile der Produktionsstabilität sind ebenfalls erheblich. Die neuen Inhibitoren haben eine breitere Anwendbarkeit und eine stärkere Pufferkapazität gegenüber Schwankungen der Erzeigenschaften, was dazu beiträgt, Schwankungen der Produktionsindikatoren und betriebliche Schwierigkeiten zu reduzieren und somit das Risiko von Preisnachlässen oder Rücksendungen aufgrund von Produkten von unzureichender Qualität zu verringern.
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Zukünftige Grenzen: Einschränkungen der aktuellen Technologie und Richtungen für zukünftige Forschung
Neue umweltfreundliche Inhibitoren sind kein Allheilmittel. Ihr Forschungs- und Entwicklungszyklus ist lang, und die Anpassungsanforderungen sind hoch. Eine erfolgreiche Reagenzformel wirkt oft nur für bestimmte Erzlagerstättentypen effektiv, und ihre allgemeine Anwendbarkeit muss verbessert werden. Hohe Vorabforschungs- und Testkosten schrecken einige kleine und mittelständische Bergwerke ab.
Derzeit ist der Markt mit Produkten unterschiedlicher Qualität überschwemmt, denen einheitliche Industriestandards und Leistungsbewertungssysteme fehlen, was die Auswahl für Bergbauunternehmen erschwert. Die langfristige Stabilität in industriellen Anwendungen, insbesondere hinsichtlich der potenziellen Auswirkungen auf Geräte und Rohrleitungen, erfordert noch mehr praktische Datenverifizierung.
Zukünftige Forschungsrichtungen werden präziser und intelligenter sein. Die molekulare Simulationskonstruktion basierend auf der Mineralienkristallstruktur und den Oberflächeneigenschaften kann „maßgeschneiderte“ Reagenzien erreichen. Durch die Kombination von Online-Analysesystemen und automatisierten Dosierplattformen wird eine Echtzeit-Dynamikoptimierung der Inhibitorverwendung erreicht, die von „empirischer Zugabe“ zu „wahrnehmungsgesteuerter Entscheidungsfindung“ der intelligenten Dosierung übergeht.
Ein weiterer Trend ist die Synergie mit anderen umweltfreundlichen Mineralaufbereitungstechnologien, wie z. B. die Kombination mit hocheffizienten und energiesparenden großtechnischen Flotationsanlagen und Trockenstapelung von Tailings und umfassenden Nutzungstechnologien, um eine allgemeine grüne Mineralaufbereitungslösung zu bilden, die von der Optimierung einzelner Glieder zu einer allgemeinen Qualitätsverbesserung, Effizienzsteigerung und Emissionsreduzierung während des gesamten Prozesses übergeht.
Mit den zunehmenden globalen ESG-Anforderungen für Mineralienlieferketten können „grüne Metalle“, die mit umweltfreundlichen Reagenzien hergestellt werden, eine Marktprämie erzielen. Dieser Marktdruck vom Verbraucherende treibt Bergbauunternehmen dazu, ihre Technologien zu verbessern, was dem Absatz neuer Inhibitoren kontinuierlich Marktimpulse verleiht.
Im Kontrollraum der Mineralaufbereitungsanlage blinken die Echtzeitdaten der Flotationsausbeute über die Bildschirme. Der Einsatz des neuen Inhibitors hat die Prozesskurve für die Blei-Zink-Trennung glatter und stabiler gemacht.
Während die neuen umweltfreundlichen Inhibitoren die komplexen Trennherausforderungen von Blei-Zink-Erzen lösen, wandeln sie auch den Umweltschutz im Bergbau von einer „Kostenbelastung“ in einen „Wertschöpfungsprozess“ um. Der zukünftige Wettbewerb im Bergbau wird nicht nur ein Wettbewerb um die Ressourcenreserven sein, sondern auch ein Wettbewerb um die Fähigkeit, Ressourcen auf grüne und effiziente Weise umzuwandeln.