Физико-химические и технологические свойства галенита, сфалерита и углеродистого материала полиметаллической малосульфидной Pb-Zn руды

Исследованы фракции флотационной крупности галенита, сфалерита и углеродистого материала, выделенного из малосульфидной полиметаллической Pb-Zn руды. Методом полуадиабатической калориметрии измерена теплота смачивания порошков фракции –74+44 мкм, которая может служить количественной мерой их смачиваемости; в качестве эталонного образца проанализирована фракция графита, показавшая величину см Hav = 0,15±0,03 Дж/м². Установлено, что углеродистый материал (УМ) обладает наименьшей теплотой смачивания (0,19±0,04 Дж/м²), что подтверждает его выраженную природную гидрофобность. Галенит и сфалерит демонстрируют более высокие теплоты смачивания (1,67±0,19 Дж/м² и 1,75±0,35 Дж/м² соответственно), что соответствует умеренной гидрофильности их поверхностей. С использованием индикаторного метода Гаммета изучена кислотно-основная природа активных центров на поверхности исследованных образцов. Поверхность углеродистого материала характеризуется преобладанием оснований Бренстеда и кислотно-основных центров Льюиса, что обусловливает его высокую сорбционную активность. Галенит и сфалерит в сравнении с УМ обладают меньшим числом кислотно-основных активных центров, преимущественно кислотными и основными центрами Бренстеда. Продемонстрирована сопоставимая флотоактивность сульфидов и углеродистого материала – извлечение фракций за 5 мин методом пенной флотации составило: PbS_бутКх 96±1,5%, PbS_ДТ 91±1,5%; ZnS_бутКх 79±1,5%, ZnS_ДТ 93±1,5% УМ_бутКх 84±1,5% и УМ_ДТ 83±1,5%. При этом галенит и сфалерит имеют более высокие константы скорости флотации (1,0–2,5 мин–1), чем УМ (порядка 0,6 мин–1). Таким образом, установлены близкие физико-химические характеристики поверхности исследованных образцов, что является причиной низкой контрастности флотации галенита, сфалерита и УМ, сложности разработки рациональных реагентных режимов флотации полиметаллических сульфидных руд с повышенным содержанием углеродистого вещества.

Ергешев А. Р., Кармеева М. А., Ергешева Н. Д., Токпаев Р. Р., Игнаткина В. А. Физико-химические и технологические свойства галенита, сфалерита и углеродистого материала полиметаллической малосульфидной Pb-Zn руды // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 9. – С. 163–181. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2025_9_0_163.

Работа выполнена при поддержке Комитета науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (грант № AP19680419).

Ергешев Аким Русланович¹ — аспирант, e-mail: akim9797@mail.ru,
Кармеева Марина Александровна¹ — студент, e-mail: m2001044@edu.misis.ru,
Ергешева Назымарзу Дауренкызы¹ — аспирант, e-mail: nazymarzu.zharolla@mail.ru,
Токпаев Рустам Ришатович — ассоциированный профессор, ведущий научный сотрудник, Центр физико-химических методов исследования и анализа Казахского Национального Университета, Алматы, Казахстан, e-mail: rustamtokpaev@mail.ru,
Игнаткина Владислава Анатольевна¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: woda@mail.ru.
¹ НИТУ МИСИС.

Ергешев А.Р., e-mail: akim9797@mail.ru.

1. Alghunaim A., Kirdponpattara S., Newby B. Z. Techniques for determining contact angle and wettability of powders // Powder Technology. 2016, vol. 287, pp. 201—215. DOI: 10.1016/j.powtec.2015.10.002.

2. Chau T. T. A review of techniques for measurement of contact angles and their applicability on mineral surfaces // Minerals Engineering. 2009, vol. 22, no. 3, pp. 213—219. DOI: 10.1016/j. mineng.2008.07.009.

3. Denoyel R., Beurroies I., Lefevre B. Thermodynamics of wetting: information brought by microcalorimetry // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2004, vol. 45, no. 3-4, pp. 203—212. DOI: 10.1016/j.petrol.2004.07.003.

4. Taguta J., O’Connor C. T., McFadzean B. The relationship between enthalpy of immersion and flotation response // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2018, vol. 558, pp. 263—270. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2018.08.059.

5. O'Connor C. T., Taguta J., McFadzean B. A review of the use of microcalorimetry to determine the enthalpies of immersion and adsorption on various minerals and their relationship to flotation performance // Minerals Engineering. 2024, vol. 207, article 108552.

6. Magudu A., O’Connor C. T., Geldenhuys S., McFadzean B. Decoupling heats of immersion and dissolution of mineral powders in solution to assess wettability // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2024, vol. 703, article 135371.

7. Zimmermann R., Wolf G., Schneider H. A. Calorimetric measurements of the heat of solution and immersion of minerals in water using a new calorimetric vessel // Colloids and Surfaces. 1987, vol. 22, no. 1, pp. 1—7.

8. Douillard 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, vol. 255, no. 2, pp. 341—351. DOI: 10.1006/ JCIS.2002.8611.

9. Grano S. R., Cnossen H., Skinner W., Prestidge C. A., Ralston J. Surface modifications in the chalcopyrite-sulphite ion system, II. Dithiophosphate collector adsorption study // International Journal of Mineral Processing. 1997, vol. 50, no. 1-2, pp. 27—45.

10. Qi C., Song Z., Cheng H., Chen L., Qi Z. A systematic COSMO-RS study on mutual solubility of ionic liquids and C6-hydrocarbons // Green Chemical Engineering. 2024, vol. 5, no. 1, pp. 97—107.

11. El Alaoui L., Dekayir A. Theoretical study of the dissolution kinetics of galena and cerussite in an abandoned mining area (Zaida mine, Morocco) // E3S Web of Conferences.2018, vol. 37, article 01007. DOI: 10.1051/e3sconf/20183701007.

12. Van Der Bauwhede R., Muys B., Vancampenhout K., Smolders E. Accelerated weathering of silicate rock dusts predicts the slow-release liming in soils depending on rock mineralogy, soil acidity, and test methodology // Geoderma. 2024, vol. 441, article 116734. DOI: 10.1016/j.geoderma.2023.116734.

13. Nayak A., Jena M. S., Mandre N. R. Beneficiation of lead-zinc ores — A review // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2022, vol. 43, no. 5, pp. 564—583.

14. Pan Z., Xiong J., Cui Y., Wei Q., Jia W., Zhang Z., Jiao F., Qin W. Effect mechanism of carbonaceous materials on the flotation separation of lead—zinc ore // Separation and Purification Technology. 2022, vol. 294, article 121101. DOI: 10.1016/j.seppur.2022.121101.

15. Konieczny A., Pawlos W., Krzeminska M., Kaleta R., Kurzydlo P. Evaluation of organic carbon separation from copper ore by pre-flotation // Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2013, vol. 49, no. 1, pp. 189—201. DOI: 10.5277/ppmp130117.

16. Foszcz D., Drzymala J. Differentiation of organic carbon, copper and other metals contents by segregating flotation of final Polish industrial copper concentrates in the presence of dextrin // Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2011, vol. 47.

17. Gredelj S., Zanin M., Grano S. R. Selective flotation of carbon in the Pb—Zn carbonaceous sulphide ores of Century Mine, Zinifex // Minerals Engineering. 2009, vol. 22, no. 3, pp. 279—288. DOI: 10.1016/j.mineng.2008.08.005.

18. Miller J. D., Wan R. Y., Díaz X. Preg-robbing gold ores / Gold ore processing. Elsevier, 2016, pp. 885—907. DOI: 10.1016/B978-0-444-63658-4.00049-9.

19. Feng D., Van Deventer J. S. J. Preg-robbing phenomena in the thiosulphate leaching of gold ores // Minerals Engineering. 2001, vol. 14, no. 11, pp. 1387—1402. DOI: 10.1016/S0892-6875(01)00153-4.

20. Adams M. D., Burger A. M. Characterization and blinding of carbonaceous preg-robbers in gold ores // Minerals Engineering. 1998, vol. 11, no. 10, pp. 919—927.

21. Polat M., Polat H., Chander S. Physical and chemical interactions in coal flotation // International Journal of Mineral Processing. 2003, vol. 72, no. 1-4, pp. 199—213.

22. Xu M., Li C., Wang Y., Zhang H. Investigation on mechanism of intensifying coal fly ash froth flotation by pretreatment of non-ionic surfactant // Fuel. 2019, vol. 254, article 115601. DOI: 10.1016/ j.fuel.2019.06.009.

23. Kadagala M. R., Nikkam S., Tripathy S. K. A review on flotation of coal using mixed reagent systems // Minerals Engineering. 2021, vol. 173, article 107217. DOI: 10.1016/j.mineng.2021.107217.

24. Hua Z., Shi B., Dong Y., Fu Y., Zeng Y., Sun W., Liu R., Tang H. Evaluation of mineralogical characteristics and flowsheet improvements for carbon-bearing lead-zinc ore // JOM. 2025, vol. 77, no. 2, pp. 830—841.

25. Atchabarova A. A., Abdimomyn S. K., Abduakhytova D. A., Zhigalenok Y. R., Tokpayev R. R., Kishibayev K. K., Khavaza T. N., Kurbatov A. P., Zlobina Y. V., Djenizian T. J. Role of carbon material surface functional groups on their interactions with aqueous solutions // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2022, vol. 922, article 116707.

26. Нечипоренко А. П. Донорно-акцепторные свойства поверхности твердофазных систем: индикаторный метод. — М.: Наука, 2009. — 232 с.

27. Танабе К. Твердые кислоты и основания. — М.: Мир, 1973. — 183 с.

28. Захаров Н. В., Захарова М. Н., Зимин И. И. Метод кислотно-основных индикаторов в оценке кислотности и основности поверхности минералов // Известия Томского политехнического университета. Инженерные науки. — 2018. — Т. 329. — № 4. — С. 83—92.

29. Антошкина Е. Г., Смолко В. А. Определение кислотно-основных центров на поверхности зерен кварцевых песков некоторых месторождений России // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика, физика, химия. — 2008. — № 7. — С. 65—68.

30. Yushina T. I., Yergeshev A. R., Dumov A. M., Makavetskas A. R. Study of the material composition of lead-zinc ore of the Shalkiya deposit in order to determine the possibility of its processing // Non-ferrous Metals. 2022, vol. 53, no. 2, pp. 8—14. DOI: 10.17580/nfm.2022.02.02.

31. Yagofarov M. I., Sokolov A. A., Balakhontsev I. S., Nizamov I. I., Solomonov B. N. Thermochemistry of fusion, solution and hydrogen bonding in benzamide, N-methylbenzamide, and acetanilide // Thermochimica Acta. 2023, vol. 728, article 179579. DOI: 10.1016/j.tca.2023.179579.

32. Игнаткина В. А., Бочаров В. А., Аксенова Д. Д., Каюмов А. А. Электрокинетический потенциал поверхности ультратонких сульфидов и флотоактивность минералов // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. — 2017. — № 1. — С. 4—12. DOI: 10.17073/00213438-2017-1-4-12.

33. Муханова А. А., Тусупбаев Н. К., Семушкина Л. В., Турысбеков Д. К. Применение модифицированного собирателя при флотации свинцово-цинковых руд месторождения Шалкия // Комплексное использование минерального сырья. — 2015. — № 3. — С. 9—16.