Исследование влияния высокоимпульсных (pulsed power) воздействий на физикохимические свойства поверхности сульфидных минералов и продуктов обогащения Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© В.А. Чантурия, И.Ж. Бунин, Т.А Иванова, Т.В. Недосекина,

2005

УДК 622.765+621.385.6+533.1+66.061: 539.21+542.61

В.А. Чантурия, И.Ж. Бунин, Т.А. Иванова,

Т.В. Недосекина

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЫСОКОИМПУЛЬСНЫХ (PULSED POWER) ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ И ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ*

Семинар № 19

¥^анее в ИПКОН РАН была ис-

.Л следована растворимость и интенсивность растворения железосодержащих сульфидов и продуктов обогащения в зависимости от режимов высокоимпульсной обработки (воздействие мощными электромагнитными импульсами -МЭМИ) и крупности материала. Была обнаружена взаимосвязь между изменением технологических показателей золотосодержащих продуктов (извлечение золота в процессе цианирования) и физико-химических свойств поверхности после воздействия МЭМИ [1, 2].

Наметившаяся перспектива использования этого способа воздействия на сульфидсодержащие продукты перед другими обогатительными процессами, в частности перед процессом флотации, определила предмет настоящих исследований. Поведение минеральных частиц в процессе флотации определяется свойствами их поверхности, которая образуется в процессах первичной переработки руд, а в дальнейшем подвергается воздействию молекул воды и растворенных в ней веществ. Воздействие МЭМИ на сухие и увлажненные

минеральные частицы модифицирует их поверхность, изменяя физико-химичес-кие свойства, в частности, химическую активность и гидрофобность [2].

Несмотря на существенные различия физических и окислительно-восстановительных свойств поверхности макрообразцов и тонкодисперсных порошкообразных образцов сульфидных минералов, изучение гидрофобности локальных участков поверхности макрообразцов до и после воздействия МЭМИ представляет значительный интерес.

В данной статье представлены результаты экспериментальных исследований влияния МЭМИ на изменение состава и окисленности поверхности, сорбционной и флотационной активности сульфидных минералов и пиритсодержащих продуктов обогащения, полученных из руд различных месторождений, а также на гидро-фобность поверхности макрообразцов пирита и арсенопирита.

Материалы и методики исследований

Опыты проводились на порошкообразных образцах пирита месторождений Бе-

*Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ "Научная школа акад. В.А. Чантурия" -№ НШ-472.2005.5 и Программы фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН "Наночастицы в природе: условия образования, экологические и технологические аспекты их изучения "

резовское и Сибайское (мономинеральные, крупностью (-0,1 + 0,063) мм), арсенопирита месторождения Нежданинское (0,16 + 0,1) мм, пирротине и халькопирите месторождения Мончегорское (0,1 + 0,063) мм, пирит-арсенопиритном гравитационном концентратах Нежданин-ского -0,1 мм и -0,5 мм и Ключевского (0,1 + 0,063) мм месторождений и лежалых хвостах флотации Урупского и Гайского ГОКов -0,4 мм, а также макрообразцах пирита и арсенопирта. Общей характерной особенностью исследованных образцов концентратов и хвостов флотации являлось наличие в них тонкодисперсного золота, значительная часть которого тесно ассоциирована с сульфидными минералами, главным образом с пиритом и арсенопиритом. Отличительной особенностью гравитационного концентрата - наличие значительной доли золота в сростках и в свободном состоянии.

Навески минералов, а также макрообразцы сульфидов обрабатывались в условиях отсутствия омического контакта с электродами в межэлектродном промежутке серией биполярных мощных электромагнитных импульсов с наносекунд-ным фронтом и длительностью импульса порядка 5-30 нс, амплитудой электрической компоненты поля до 50 кВ, и частотой повторения импульсов 125-200 Гц.

Анализ количества элементарной серы, удаленной с поверхности минеральных порошков пирита и пиритсодержащих продуктов гексаном, проводился экстракционно-фотометрическим методом до и после проведения высокоимпульсной обработки сухих и предварительно увлаженных образцов, а также после перемешивания обработанных МЭМИ навесок в дистиллированной воде в течение 10 минут при интенсивности перемешивания 200 оборотов/мин и высушивания. Концентрацию трехвалентного железа и сульфат-ионов определяли в фильтрате водной фазы минеральной суспензии колориметрическим

методом после перемешивания в воде в течение 15 минут.

Сравнительную величину сорбции бутилового ксантогената (БКс) на мономи-неральных порошках до и после импульсного воздействия оценивали по остаточной концентрации (БКс) в фильтратах водной фазы после 4-х минутного перемешивания суспензии. Сравнительную флотационную активность минеральных порошков оценивали по выходу минерала в пенный продукт, в присутствии собирателя БКс (0-300 г/т) и вспенивателя МИБК (50 г/т).

Гидрофобность мономинеральных макрообразцов пирита и арсенопирита оценивали по величине силы отрыва пузырька воздуха (Ротр) от локальных участков поверхности в точках находящихся в центре участков, предварительно определенных делением поверхности на примерно равные части, а также в областях, имеющих дефекты (каверны - естественные или образованные после обработки МЭМИ, шероховатости, трещины). Перед измерениями образцы минералов очищали от возможных загрязнений, для чего их обрабатывали гексаном и протирали фильтровальной бумагой. Подготовленный таким образом минерал помещали в кювету, которую заполняли дистиллированной водой (объем 200 мл).

Для измерения силы отрыва к покрытой слоем парафина посадочной площадке поплавка вогнутой сферической формы с помощью иглы шприца подводили снизу пузырек воздуха размером около ~3 мм. Поплавок посредством тонкой стальной нити был связан с торсионными весами. Вращением ручки весов поплавок вместе с пузырьком воздуха подводили к поверхности минерала. После контакта пузырька с поверхностью и образования трехфазного периметра смачивания снимали показания по шкале торсионных весов (А1). Затем начинали вращать ручку весов в обратную сторону и в момент отрыва пузырька от минерала опять снимали показания по шкале весов (А2). Расчет силы от-

^цМП^10-А 0 0,125 0,375 0,75 1,5 3,75 6,0 7,5

Хвосты Урупского месторождения, крупность частиц (+0,08 мм)

Sпов, мг/г 0,2 - 0,098 - 0,138 0,093 0,21 0,15

Выход,% 66,33 - 59,06 - 55,07 63,72 62,1 64,0

Хвосты Гайского месторождения (-0,4 +0,16 мм)

Sпов, мг/г 0,031 - 0,014 - 0,033 0,027 0,06 0,04

Выход,% 61,21 - 54,79 - 47,87 55,98 50,8 49,1

Концентрат Ключевского месторождения (-0,1 +0,063 мм)

SПOB, мг/г (влажные) 0,196 0,346 0,174 0,250 - - - -

Эпов,мг/г (сухие) 0,144 0,15 0,496 0,186 - 0,27 - 0,21

Ее3+ мг/л 10,71 20,0 12,38 9,78 - - -

Б042-, мг/л 475 490 462 435 - - -

Пирит Березовского месторождения (-0,1 +0,063 мм)

Sпов, мг/г 0,135 0,257 0,054 0,085 - 0,23 - -

Ее3+, мг/л 0,94 1,0 1,12 0,92 - 0,66 - -

Пирит Сибайского месторождения (-0,1 +0,063 мм)

Sпов, мг/г 0,296 0,128 0,243 0,271 - 0,17 - -

Выход, % 77,5 60,5 72,82 58,32 - 49,48 - -

рыва производился путем вычитания значения А1 из значения А2.

Результаты исследований и их обсуждение

В процессе высокоимпульсной обработки (как и при воздействии потоком ускоренных электронов и при электроим-пульсной обработке пульпы) в воздушном зазоре над минералом образуется озон, являющийся продуктом радиолиза воздуха. Экспериментально установлено, что озон активизирует процесс окисления поверхности минералов, изменяя их флотационную активность и несколько снижая рН водной фазы. Наличие воды при облучении ускоренными электронами минеральных порошков значительно усиливает эффект окисления [3]. Одним из признаков окисления сульфидов является переход их

Рис. 1. Изменение количества элементарной серы на поверхности частиц золотосодержащих хвостов ОФ от параметров воздействия МЭМИ

в растворимое состояние. Так окисление пирита может происходить с образованием на поверхности гидроксидов железа Ре(ОИ)2 Бе(ОИ)з, а также 82-, 8°, И8О-4 и

8О-4.

Зависимость количества серы на поверхности минералов от количества импульсов (Лиш.) имела нелинейный характер для всех образцов (таблица, рис. 1-5). Отклонения значений изучаемых параметров от базовых (без высокоимпульсной обработки) достигали 50%. Для продуктов, однотипных по составу, степени окисленности, способу обработки и хранения, наблюда-

-•“Бпов. ха. Урупскис (-* 0.08 мм) *22 ^ -*™8пов. хв. Гайские(-0.4*0.16мм)

•& 0.2 х

а

г о.1з 2

Б о.1 =

I №

о

0 2 4 6 8

*...х 10-4

1,5 -----------,---------г------------т----------■

О 2 4 6 £

/Чшмп к!М

Рис. 2. Изменение количества серы на поверхности частиц концентрата из руды месторождения Нежданинское в зависимости от условий обработки МЭМИ

о -I----1------1------1------1

0 12 3 4

Л^имп хЮ-4

Рис. 4 Влияние высокоимпульсных воздействий на состояние поверхности частиц пирита месторождения Березовское

Рис. 3. Влияние высокоимпульсных воздействий на состояние поверхности частиц флотационного концентрата месторождения Ключевское

лось характерное совпадение максимальных значений на кривых-зависимостях (рис. 1). На рис. 2 и 3 видно, что для одного и того же продукта, обработанного импульсами в сухом и предварительно увлажненном состоянии, указанные максимумы сдвигаются друг относительно друга. Это может свидетельствовать о различиях в скоростях процессов окисления на поверхности минералов, протекающих в неодинаковых условиях.

После предварительной обработки МЭМИ и последующего перемешивания образцов в воде на их поверхности наблюдалось снижение содержания серы, вследствие частичного ее окисления и перехода в растворимую форму. При

Рис. 5. Влияние МЭМИ на свойства поверхности пирита Сибайского месторождения (извлечение - выход минерала в пенный продукт флотации)

этом расположение максимумов и минимумов на кривых не изменялось (рис. 2). Характер зависимостей сохранялся даже после перемешивания образцов минералов в 0,Ш Н28О4 в течение четырех часов, что может свидетельствовать о модификации как приповерхностных, так и внутренних слоев материала обрабатываемых проб при высокоимпульном воздействии.

Указанные особенности изучаемых кривых-зависимостей свидетельствуют о влиянии МЭМИ на окислительновосстановительные процессы, протекающие на поверхности сульфидных минералов под воздействием озона и приводящие

И Извлечение, % —•—Сорбция мг/г

Л^импХ 1СГ3

Рис. 6. Влияние МЭМИ на флотируемость пирита месторождения Березовское и сорбцию ксантогената

• Извлечение СиРе82

ЛГимпХ 10-4

Рис. 7. Влияние МЭМИ на флотируемость сульфидных минералов

к изменению валентного состояния серы и послойному удалению продуктов окисления с поверхности. Это подтверждается данными анализа водной фазы суспензий пирита и пиритсодержащего концентрата. Состав продуктов, образующихся при окислении сульфидов, зависит от pH среды. После импульсной обработки поровая влага, предварительно введенная при смачивании образцов, либо выделяющаяся из разрушенных газовожидких включений, имела кислую реакцию (рН 2,5-5). На пирите в кислой среде образуются ионы 8О42- и Ре3+.

На рис. 3 и 4 и из таблицы видно, что максимальный уровень содержания ионов Бе3+ и 8О42- в водной фазе соответствует режимам импульсного воздействия, при которых в независимых опытах отмечено минимальное количество элементарной серы на поверхности частиц. Причем на увлажненных образцах при обработке МЭМИ окисление идет интенсивнее, а рост количества окисленной формы железа и серы происходит при минимальной длительности воздействия. На мономине-ральных образцах пиритов нескольких месторождений отмечено снижение количества окисленной формы железа до значений ниже базовых при длительном воздействии импульсами. При анализе состава поверхности порошков других сульфидных минералов (халькопирита и арсенопирита), содержащих переходные ме-

таллы, проведенным после воздействия МЭМИ, также обнаружено появление ионов металлов высшей валентности Си2+ и Аб5+.

Установлено, что флотоактивность сульфидов также зависит от интенсивности предварительного высокоимпульсного воздействия. Для мономинеральных фракций пирита наибольшая флотируемость достигалась при таком режиме электро-импульсной обработки, при котором образовывалось наибольшее количество серы на поверхности частиц (рис. 5). Как следует из таблицы, для пиритсодержащих хвостов такая зависимость не выявлена. При флотации пиритсодержащих хвостов без собирателя и при низком его расходе (40-160 г/т) наблюдалось ухудшение флотируемости сульфидов по сравнению с образцами базового опыта, что свидетельствует о снижении их гид-рофобности.

Особенности взаимодействия флото-реагентов с сульфидами металлов обусловлены как физико-химическими свойствами собирателя, так и состоянием поверхности самого минерала. На сорбционной активности ионогенного собирателя существенно сказывается степень окисленности поверхности минерала. На рис. 6 приведены результаты исследования сорбции ксантогената на пирите Березовского месторождения. Характер изменения величины сорбции повторяет

в независимых опытах характер зависимости флотируемости пирита от количества импульсов. Как показано на рис. 7, флотируемость халькопирита, пирротина и арсенопирита (рН 5-6,5) также изменяется нелинейно при увеличении количества импульсов. Для указанных минералов в области малой интенсивности импульсного воздействия характерно незначительное снижение флотируемо-сти и повышение флотируемости с ростом числа импульсов.

При исследовании влияния МЭМИ на гидрофобность поверхности макрообразцов пирита и арсенопирита получены следующие результаты.

Пирит. Измерение Ботр от верхней и боковой грани макрообразца пирита размером 1,5х1,0х1,5 см показало, что поверхность обладала низкой гидрофоб-ностью (Ботр - на уровне (7,2-15,2)-10-5 н), обусловленной вероятно, наличием в поверхностном слое элементарной серы, образовавшейся в процессе хранения минерала. Выдержка образца в течение часа в воде вызвала в целом повышение гидрофобности как верхней, так и боковой граней пирита в среднем на (2-3)-10-5 н, что свидетельствует об увеличении количества поверхностной серы.

В результате воздействия МЭМИ гидрофобность поверхности возросла до уровня (14,7-23,3)-10-5 н, а в области образовавшегося кратера электрического пробоя сила отрыва составила 22-10-5 н. После часовой выдержки в воде, в течение которой на поверхности минерала наблюдалось образование пузырьков газа, на верхней грани величина Ротр понизилось в среднем на 5,5-10-5 н, а в области кратера пробоя она упала до нулевого значения. Таким образом, можно предположить, что в процессе обработки пи-

1. Бунин И.Ж, Иванова Т.А., Лунин В.Д. Влияние высокоэнергетических воздействий на процесс растворения золотосодержащих минералов. // Горный информационно-аналитический бюлле-

рита МЭМИ происходило образование элементарной серы, которая равномерно распределялась по всей поверхности минерала. В водной среде по реакции 80+2И2О+2е = И28+2ОИ- происходило восстановление серы с образованием сероводорода, причем наиболее быстро эта реакция протекала вблизи пробоя поверхности.

Арсенопирит. Образцы арсенопирита до и после обработки МЭМИ обладали более высокой гидрофобностью, чем в случае пирита (Ботр от поверхности арсенопирита достигала уровня 30-10-5 н). После часовой выдержки в воде гидрофили-зация поверхности, предварительно обработанной импульсами, происходила не только в точках "пробоя", но в прилегающих к ним областях. Вероятно, арсенопирит быстрее окисляется с образованием поверхностной серы и оказывает более сильное каталитическое воздействие на реакцию восстановления серы в воде, чем пирит. Исследования поверхности макрообразцов пирита и арсенопирита показали, что окислительно-восстановитель-ные

процессы, инициированные воздействием МЭМИ, привели к существенному изменению состава и гидрофобности локальных участков поверхности.

Таким образом, при выборе параметров воздействия мощными электромагнитными импульсами на сульфидсодержащее минеральное сырье и промпро-дукты перед их флотационным обогащением необходимо учитывать изменение ионного состава поверхности, гидро-фобности, сорбционных свойств и фло-тируемости минералов с учетом воздействия озона, образующегося в процессе высокоимпульсной обработки.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

тень (ГИАБ), - М.: Изд-во МГГУ. - 2002, №8. -С. 172-176.

2. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Иванова Т.А. Изменение физико-химических свойств золотосо-

держащих сульфидов железа под воздействием мощных электромагнитных импульсов // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИ-АБ), - М.: Изд-во МГГУ. - 2004, №10. - С. 301305.

3. Чантурия В.А., Иванова Т.А., Лунин В.Д., Нагибин В.Д. Влияние жидкой фазы и продуктов ее радиолиза на поверхностные свойства пирита и арсенопирита. // ФТПРПИ. 1999. №1. С. 85-91.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------

Чантурия В.А. -академик РАН, директор ИПКОН РАН, профессор.

Бунин И.Ж. - кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ИПКОН РАН, старший научный сотрудник.

Иванова Т.А. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИПКОН РАН. Недосекина Т.В. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИПКОН РАН.

------------------------------------------------------------------ НОВИНКИ

ИЗДАТЕЛЬСТВА МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Моссаковский Я.В. Экономика горной промышленности: Учебник для вузов. — 525 с.: ил.

КВЫ 5-7418-0292-3 (в пер.)

Рассмотрен комплекс вопросов, определяющих экономику горно-добывающего производства и его предприятий. В их числе: объект конкретной экономики — минерально-ресурсный потенциал страны, методы его экономической оценки, производственный потенциал горной промышленности, его роль и значение в народном хозяйстве России; производственные ресурсы горных предприятий и результаты их использования в процессе добычи полезных ископаемых; методы оценки эффективности реализации инвестиционных проектов, внедрения новой техники и другие вопросы. Материал учебника проиллюстрирован конкретными статистическими данными и необходимыми методическими разработками.

Я.В. Моссаковский — д-р экон. наук, проф. кафедры «Экономика и планирование горного производства» Московского государственного горного университета.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Экономика и управление на предприятии (горная промышленность)» и по направлению подготовки дипломированных специалистов «Горное дело». Может быть полезен экономистам и инженерно-техническим работникам горно-добывающих отраслей промышленности.

УДК 622:338.45

-------------------------------------------- © Н. Мэргэнбаатар, В.В. Морозов,

2005

УДК 622.7

Н. Мэргэнбаатар, В.В. Морозов

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФЛОТАЦИИ