CC BY
36
УДК 622.7
Лавров Александр Юрьевич Alexander Lavrov
Манзырев Дмитрий Владимирович Dmitrij Manzyrev
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОСОРБЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ И ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ТЕСТИРОВАНИИ УПОРНЫХ РУД
THE USE OF PHOTO-ELECTRO-CHEMICAL AND ELECTRO-SORPTION PROCESSES IN
GEOLOGICAL-TECHNOLOGICAL AND GEO-TECHNOLOGICAL TESTING OF REFRACTORY ORES
Рассмотрены основные направления практической реализации фотоэлектрохимических и элект-росорбционных процессов при исследовании минерального сырья в геотехнологии. Приведена оценка их применимости на примерах конкретных объектов.
Проанализированы результаты промышленного эксперимента по фотоэлектрохимическому синтезу активных окислителей сульфидных золотосодержащих минералов, которые проводились на гидрометаллургическом заводе ГМЗ-3 Навоийского горнометаллургического комбината.
Показано, что в ходе проведения промышленных испытаний технологии получен существенный прирост извлечения золота на ионно-обменную смолу
Ключевые слова: дисперсное золото, фотоэлектрохимический синтез, активные окислители, фотоэлектрохимическое выщелачивание, фотоэлектрохимический реактор
The article deals with basic directions in practical realization of photo-electro-chemical and electro-sorp-tion processes in studying minerals and in geo-tech-nology. The authors give their acceptability appraisal through the examples of specific objects.
The results of the industrial experiment on photo-electro-chemical synthesis of active oxidants sulphide gold bearing minerals, which were carried out at the hydrometallurgical plant GMZ-3 of Navoi mining-metallurgical complex are analyzed.
It is shown that in the course of carrying out of technology industrial tests, a substantial increase in the extraction of gold on the ion-exchange resin is received
Key words: disperse gold, on photo-electro-chemical synthesis, active oxidants, photo-electro-chemical leaching, photo-electro-chemical reactor
Повышение эффективности освоения природных и техногенных месторождений со сложным вещественным составом минерального сырья и формами нахождения в нем промышленно ценных компонентов возможно путем внедрения новых физико-химических процессов при его тестировании для выбора эффективных
технологических схем извлечения промыш-ленно ценных металлов.
В последние годы появились новые перспективные технологические решения на основе использования процессов бактериального (био) окисления сульфидных и сульфидно-солевых минералов, содержащих дисперсное золото, окисления высо-
коактивными кислород- и хлорсодержа-щими реагентами руд с органическими и углистыми включениями, получили развитие исследования электрохимической и плазмохимической активации процессов выщелачивания, активированной сорбции в локальных электрических и магнитных полях, что позволяет решать задачи геолого-технологического и геотехнологического тестирования, геолого-технологической оценки на качественно новом уровне.
В начале-середине 90-х гг. ХХ в. в РГ-ГРУ (МГРИ) при финансовой поддержке частных инвесторов для решения проблемы окисления сульфидных и сульфосоле-вых минералов, содержащих дисперсное золото, органические включения в рудах и для выщелачивания из них ряда цветных металлов, апробирован фотоэлектрохимический способ синтеза реагентов [10] как альтернатива разработанному ранее в США окислению озоном и сопутствующим ему пероксидно-гидроксидным комплексом [1,2]. При неоспоримых преимуществах последнего способа его промышленная реализация требует использования мощных генераторов озона и сопутствующих ему соединений, длительного барботажа пульпы, полученной воздушной реакционной смесью.
Сущность предложенного в РГГРУ и получившего дальнейшее развитие в Читинском филиале ИГД СО РАН и ЗабГУ способа подготовки раствора для обработки руд с дисперсным золотом [3-8] принципиально заключается в облучении световым потоком, преимущественно в ультрафиолетовой части спектра растворов определенного состава и выделяемых в них, а именно в приповерхностной зоне анодов электролитической ячейки, газов: атомарного и двух атомарного кислорода и/или хлора.
В зависимости от солевого состава исходного раствора при облучении пузырьков выделяющихся активных газов быстро и с высоким выходом формируется озон, гид-роксид и пероксиды или атомарный хлор, диффундирующие в жидкую фазу и образующие с ней соответствующие клатраты и гидратированные радикалы. Эти компо-
ненты при последующем взаимодействии с гидратированными ионами раствора продуцируют в нем активные ион-радикальные кластеры. Кроме того, при непосредственном воздействии на водный раствор излучения в диапазоне жесткого ультрафиолета в нем образуются дополнительные, хотя и менее активные, гидроксил-радикалы и перекись водорода.
Полученный вторичный раствор, содержащий активный реакционный комплекс, в зависимости от состава и количества «непродуктивных» сульфидов минеральной матрицы, может быть использован либо для непосредственного растворения составляющих ее основу цветных металлов, либо для перевода в сульфатную форму с последующим выщелачиванием благородных металлов цианидами или хлоридно-кислород-ными соединениями [9-11].
Подготовленные фотоэлектрохимическим способом растворы успешно испытаны в лабораторных и полупромышленных условиях при тестировании схем сорбционно-го выщелачивания золота, серебра, некоторых металлов платиновой группы и ряда цветных металлов. Вместе с тем, такая технология приготовления растворов также требует дальнейшего совершенствования.
Для повышения эффективности выщелачивающих реагентов за счет увеличения выхода активных комплексов, содержащих водород и кислород и/или галоген ( перекись, гидроксил-радикал, хлористый водород, хлорноватистую кислоту) газо-водную смесь, формируемую в анодной и катодной камерах, авторами [10] предлагается подвергать фотохимической обработке во второй стадии: непосредственно при электролизе (т.е. фотоэлектрохимической обработке) и после смешивания водно-газовых суспензий, полученных в катодной и анодной камерах.
Для реализации этого способа предварительно готовят раствор реагентов, содержащих кислород (например, гидроксид натрия) и /или галоген (например, хлорид натрия) и ведут его электролиз. При этом в анодной камере (камерах) мембранного электролизера образуются соответственно
пузырьки активного кислорода в результате электролиза воды, гидроксил-радикала, перекиси водорода и хлора за счет его окисления на аноде. Для повышения выхода электролизных газов гидроксил-радикала и пероксида водорода, в предварительно подготовленный водный раствор вводят гидроксид щелочных или щелочноземельных металлов и кислород воздуха и /или хлориды щелочных металлов. Облучение прианодного пространства ультрафиолетовым светом приводит к образованию в этих пузырьках моноатомарной и трехатомар-ной (озона) форм активного кислорода. Кроме того, при разрядке гидроксил-ионов на аноде и при взаимодействии атомарного кислорода с водой образуются гидроксил-радикалы.
Содержащие кислород клатраты, сформированные в процессе предварительного барботажа, при облучении ультрафиолетовым светом также образуют гидроксил-радикалы. При наличии в растворе анионов галогенов, они, разряжаясь на аноде, образуют пузырьки соответствующих газов в молекулярной форме. Облучение их ультрафиолетовым светом переводит их частично в активную атомарную форму. За счет подъема пузырьков кислорода и/или галогена ( например, хлора) в верхней части анодной камеры накапливается газо-водная смесь «кислород-вода» и/ или «галоген-вода». В верхней части катодной камеры накапливаются пузырьки водорода, формируя смесь «водород-вода».
Суспензии смешивают и полученную смесь суспензий облучают ультрафиолетовым светом в отдельной камере. Перед смешиванием для обеспечения необходимого рН, зависящего от типа раствора, католит-ную и анолитную суспензии пропускают через колонку с ионообменными смолами-анионитами и катионитами, подготовленными в определенных формах.
При смешивании суспензий в областях коалесценции пузырьков происходит диффузионный обмен газов и в объеме пузырьков под действием ультрафиолетовых лучей начинаются интенсивные фотохимические реакции между кислородом и водородом,
кислородом и галогеном ( хлором) , галогеном и водородом, протекающие по цепному механизму. Продукты реакций (гидроксил-радикал, перекись водорода, гипохлорит-радикал, хлористый водород) продуцируют при диффузии в водную фазу и последующем гидролизе соответствующие активные ион-радикальные комплексы. Высокая концентрация пузырьков газов в отделенных эмульсиях и их продолжительная экспозиция в фотохимическом реакторе обеспечивают интенсивный выход активных продуктов реакций.
Предложенный способ успешно апробирован авторами при геолого-технологическом тестировании упорных разновидностей руд Удоканского месторождения с позиций выбора для него эффективного реагентного состава и режима выщелачивания меди и серебра. Геолого-технологическое тестирование с использованием растворов серной кислоты различной концентрации, с насыщением и без насыщения кислородом, показало низкую эффективность выщелачивания меди из силикатного (с хризоколлой) подтипа окисленных и халькозин-борнитового подтипа сульфидных руд. Дисперсные формы нахождения серебра, а для богатых сортов халькозин-борнитовых руд и золота, создают определенные сложности извлечения даже для переработки концентратов, полученных при обогащении руд флотационным методом. Растворы определенного состава, полученные в фотоэлектрохимическом реакторе, позволили найти эффективные составы исходных реагентов, обеспечивающие приемлемый уровень извлечения всех ценных металлов из упорных разновидностей Удо-канских руд при использовании геотехнологических схем шахтного и кучного выщелачивания (рис. 1).
Наиболее полные испытания способ прошел на гидрометаллургическом заводе ГМЗ-3 НГМК (г. Учкудук). Работы на испытательной технологической линии велись ЗАО «Акватэк» и ООО «Геохим» (Москва) по нескольким технологическим схемам. По одной из технологических схем, предложенной А.Ю. Лавровым (рис. 2),
получен существенный прирост извлечения золота на смолу по сравнению с параллельной технологической линией, работающей
с той же производительностью, что и экспериментальная, и с той же концентрацией цианидов.
Рис. 1. Кучное выщелачивание крупнофракционных сульфидных руд Удоканского месторождения
Рис. 2. Технологическая схема фотоэлектроактивационного выщелачивания
с 2-стадийной сорбцией
Как видно из графика (рис. 3) фотоэлектрохимическая подготовка реагентов с продуцированием H2O и OH* существенно повышает извлечение золота, но при этом
требует ускоренного ввода сорбента для исключения переосаждения золота на минералы глин и сорбции его углистыми включениями.
Продолжительность, I
Рис. 3. Зависимость содержания золота в обогащенном продукте от продолжительности выщелачивания
При использовании схемы двухста-дийной сорбции, разработанной авторами совместно с другими сотрудниками Читинского филиала ИГД СО РАН и ООО «Гео-
хим», фотоэлектрохимические процессы подготовки реагентов и обработки пульп могут быть использованы для эффективной переработки упорных руд.
Литература
1. Лавров А.Ю. Геоэкологические и геотехнологические процессы эффективного освоения месторождений руд золота и цветных металлов. Чита: ЧитГУ, 2008. 203 с.
2. Лавров А.Ю., Секисов А.Г. Фотохимическая и электрохимическая активация процессов выщелачивания и сорбции дисперсных форм благородных металлов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № 6. С. 179-183.
3. Лавров А.Ю., Секисов А. Г., Манзырев Д. В. Перспективные способы выщелачивания золота из техногенных образований Забайкалья с использованием фотоэлектрохимических процессов // Вестник Читинского государственного университета № 2 (69). Чита: ЧитГУ, 2011. С. 106-111.
4. Секисов А.Г., Лавров А.Ю. Основные направления реализации фотоэлектрохимических и электросорбционных технологий при освоении природных и техногенных объектов // Труды конф. с участием иностранных ученых «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды». Т. I. Прикладная геомеханика. Обогащение полезных ископаемых, экология. — Новосибирск: Ин-т горного дела СО РАН, 2010. С. 298-300.
5. Секисов А.Г., Лавров А.Ю., Зыков Н.В. Обоснование эффективности использования комбинированных технологий при освоении Удоканского месторождения // Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых: матер. VI междунар. науч.-практ. конф. М.: РГГРУ, 2010. С. 50.
6. Секисов А. Г., Лавров А.Ю., Манзырев Д. В. Экологощадящие технологии извлечения меди и дисперсных форм благородных металлов из руд на основе фотоэлектрохимического синтеза кластерных реагентных комплексов // Материалы международного совещания: Инновацион-
ные процессы в технологиях комплексной, экологически безопасной переработки минерального и нетрадиционного сырья (Плаксинские чтения). Новосибирск: Институт горного дела СО РАН, 2009. С. 141.
7. Секисов А.Г., Лавров А.Ю., Петухов А.А. Результаты исследований фотоэлектрохимического выщелачивания металлов из руд Удоканского месторождения и техногенных образований Забайкалья // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды: матер. конф. Т. I. Прикладная геомеханика. Обогащение полезных ископаемых, экология. Новосибирск: Ин-т горного дела СО РАН, 2010. С. 233-236.
8. Секисов А.Г., Лавров А.Ю., Шкатов В.Ю. Использование фотоэлектрохимических процессов и электросорбционного извлечения золота при переработке упорных руд // Материалы международного совещания «Новые технологии обогащения и комплексной переработки трудно-обогатимого природного и техногенного сырья» (Плаксинские чтения — 2011, г. Верхняя Пыш-ма). 2011. С. 418-421.
9. Пат. 2386706 Российская Федерация, МПК С 22 В 3/00, С 22 В 11/00. Способ приготовления водного раствора реагентов для выщелачивания золота из руд и концентратов / А.Г. Секи-сов, Ю.Н. Резник, А.Ю. Лавров, В.С. Королев; патентообладатель ЧитГУ — № 2008151184/02; заявл. 15.12.2008; опубл. 20.04.2010, Бюл. № 11. - 7 с.
10. Пат. 2413013 Российская Федерация, МПК C22B3/00 (2006.01), C25B1/00 (2006.01). Способ приготовления водного раствора реагентов для выщелачивания металлов из рудного минерального сырья / А.Г. Секисов, Ю.Н. Резник, Д.В. Манзырев, А.Ю. Лавров; патентообладатель ЧитГУ - № 2009138066/02; заявл. 14.10.2009; опубл. 27.02.2011, Бюл. № 6. - 5 с.
11. Пат. 2461637 Российская Федерация, МПК С22В 11/00, С22В 7/00, С22В 3/04. Способ переработки техногенного минерального сырья с извлечением промышленно ценных и/или токсичных компонентов / А.Г. Секисов, Ю.Н. Резник, Ю.И, Рубцов, Т.Н. Александрова, А.Ю. Лавров; патентообладатель ФГБОУ ВПО «ЗабГУ» - 2011109335/02; заявл. 11.03.2011; опубл. 20.09.2012. Бюл. № 26. - 5 с.
Коротко об авторах _
Лавров А.Ю., канд. техн. наук, доцент, декан факультета экономики и управления, Забайкальский государственный университет Тел.: (3022) 41-68-44
Научные интересы: обогащение полезных ископаемых
Манзырев Д.В., канд. геол.-минер. наук, зав. Геологическим научным центром ЗабГУ geoxxi@mail.ru
Научные интересы: геологическое обеспечение освоения месторождений полезных ископаемых
_Briefly about the authors
A. Lavrov, Candidate of Technical Sciences, dean of the faculty of Economics and management, Zabaikal-sky State University
Scientific interests: enrichment of minerals
D. Manzyrev, F. Doctor in geological-mineral Science, head of Geological Research Center, Chita State university
Scientific interests: Geological providing of exploration of mineral deposits
