Изменение физических и технологических свойств минерального Вырья в результате обработки в микроволновом поле Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

•-V .-Л |ГЛ#Л#Л%УЛ# • /Л*Л'. ЛУЛ

#»•••• • • » , « • . » / а

.

• • %

к

• •••••

.

. .

»*•*»

*ЭК0Я01 ПЕРЕ*

• • » - • *

АВ

Москва, мггу

ШОБЛ ЕМЬІ ГОРНОГО

4 « • «

І ГІ І I 4 I

Г.

• * * * •##•#

. .

і » і • г » • • • ...

....

• г-\ # •

Е.В. РАТНИКОВ В.Д.ЛУНИН

Изменение физических и технологических свойств минерального сырья в результате обработки в микроволновом поле

В настоящее время весьма актуальна проблема разработки новых технологий переработки нетрадиционных разновидностей минерального сырья. Переработка такого сырья с использованием известных способов обогащения и имеющихся технических средств малоэффективна илидаже невозможна. Одним из направлений исследований является целенаправленное изменение технологических свойств трудно-обогатимых руд и концентратов с помощью методов СВЧ-воздействия [1].

Принципиальными особенностями процесса воздействия СВЧ-излучения на неметаллические вещества является объемный характер энерговклада, а также его селективность, выражающаяся в различной интенсивности нагрева отличающихся по своим электрофизическим свойствам компонентов минерального сырья. Свойство объемности СВЧ-воздействия позволяет сократить время нагрева объектов, обладающих малой теплопроводностью, на один-два порядка. Избирательный характер поглощения СВЧ-излучения только составляющими гетерогенных сред, обладающих потерями в СВЧ-диапазоне, позволяет селективно действовать на эти компоненты, без затрат энергии на нагрев других составляющих.

Отметим потенциально высокие экологические показатели данного способа преобразования характеристик минерального сырья: к месту осуществления технологического процесса необходим подвод только электроэнергии и не требуется использование химических видов топлива, загрязняющих окружающую среду.

К достоинствам этого вида воздействия относятся также большой (около 75%) коэффициент полезного действия СВЧ-ис-

точников, возможность дистанционного ввода энергии в нагреваемый объект, а также безынерционность, что важно с точки зрения автоматизации производственных процессов.

Проведение исследований процессов СВЧ-воздействия на минеральное сырье требует разработки специфической экспериментально-методической базы. В Институте динамики геосфер (ИДГ РАН) созданы установки для СВЧ-обработки горных пород в различных частотных диапазонах [2]. Экспериментальное обеспечение установок позволяет проводить исследования в вакууме при давлениях до 10'4 торр или в инертных средах.

Специфика СВЧ-воздействия такова, что измерительные методики должны быть дистанционно управляемы и не вносить искажений в распределение электромагнитного поля, воздействующего на объект. Создан комплекс таких методик, в частности, аппаратура для применения дистанционных методов измерения температуры на основе принципов термовидения и лазерной интерферометрии, методики измерения электрофизических характеристик исследуемых объектов в широком частотном диапазоне, методика термогравиметрии в процессе СВЧ-воздействия.

Без представлений о механизме протекающих процессов невозможно осуществить корректный выбор оптимальных условий и режимов воздействия, поскольку речь идет о полиминеральных объектах, имеющих сложную многоуровневую структуру. С целью количественной оценки параметров процессов СВЧ-воздействия на изучаемые материалы разработаны их модели: слоистая и матричная [3], а также создан пакет программ [4, 5] для соответствующих численных расчетов.

Разработанная экспериментально-методическая база использовалась для изучения изменения физических и технологических характеристик ряда разновидностей минерального сырья в результате СВЧ-воздействия. Эти исследования позволили выявить ряд эффектов, положительно влиявших на технологические свойства минерального сырья [6]. Выявлено, что СВЧ-обработка позволяет направленно изменять гранулометрические характеристики руд в сторону укрупнения, что уменьшает потери ценных компонентов со шламовыми частицами. Образование в результате СВЧ-обработки структурных дефектов улучшает раскрытие сростков минералов и уменьшает энергоемкость размола руд, а также способствует очищению руд от примесей, в том числе радиоактивных. СВЧ-воздействие ускоряет процессы растворения и ход химических реакций, что позволяет интенсифицировать процессы химической и гидрометаллургической переработки руд. Селективность воздействия СВЧ на различные компоненты руд позволяет направленно изменять их минералогический состав, что влияет, например, на эффективность флотационного или магнитного обогащения.

В настоящем сообщении приводятся предварительные результаты, полученные при исследовании изменения физических и технологических параметров упорного золотосодержащего концентрата Воронцов-ского месторождения в результате СВЧ-обработки.

Для вовлечения в промышленную переработку труднообогатимых золотосодержащих руд, в составе которых имеются минералы мышьяка и сурьмы, необходимо разработать новые технологии, обеспечивающие высокое извлечение благородных металлов и удовлетворяющие современным требованиям с точки зрения экологии. Извлечение золота из таких руд с помощью цианирования затруднено, поскольку оно является мелкодисперсным и заключено в пирите и арсенопирите. По этим причинам для увеличения извлечения золота из мышьяковых руд необходимо их предварительное вскрытие. Данное исследование проводилось с целью изучения возможно-

сти вскрытия упорных золото-мышьяковых руд с помощью СВЧ-обработки.

Эксперименты проводились на гравитационном концентрате, полученном из первичных золотосодержащих руд Ворон-цовского месторождения на Балейской опытной фабрике. Содержание золота в концентрате по данным ЦНИГРИ составляло около 50 г/т, а серебра - около 60 г/т. Пробы концентрата обрабатывались в СВЧ-поле в непрерывном режиме воздействия. В процессе воздействия измерялась температура навески с помощью дистанционной интерференционной методики и регистрировалось изменение веса образца для проведения термогравиметрического анализа.

С целью установления оптимального способа увеличения эффективности извлечения золота был опробован ряд технологических схем с использованием СВЧ-воздействия на золотосодержащий концентрат. При этом средняя температура концентрата при различных режимах обработки находилась в пределах от 340 до 660°С. Во всех случаях прдусматривалась операция извлечения золота из полученного огарка с помощью цианирования.

Цианирование и анализ одной из подвергнутых воздействию проб, приведенные в ЦНИГРИ, показали, что извлечение золота из концентрата после прокаливания в СВЧ-поле до температуры 400°С и цианирования составило 94,3%. Анализы проб концентрата, вскрытых согласно другим технологическим схемам, проводятся в настоящее время.

Согласно предварительным результатам, преимуществами СВЧ-обработки являются лучшее вскрытие материала в результате селективного нагрева пирита, а также возможность гибкого контроля за степенью обжига путем изменения генерируемой СВЧ-мощности. При этом из-за объемного характера СВЧ-воздействия обработке могут подвергаться частицы с диаметром в 20-30 раз большем, чем при обычном обжиге. Поскольку при обычной термообработке требуется измельчение концентрата до класса -74 мкм, что является весьма энергоемкой операцией, то соответствующее сокращение энергоемкости

технологического процесса может оправдать затраты электроэнергии на СВЧ-обработку.

Авторы признательны за внимание к работе академику В. А. Чантурия и доктору физ.-мат. наук Ю.И.Зецеру.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СВЧ-энергетика. Т. 2. Под ред. Э.Окресса. М.: Мир, 1971. 272 с.

2. Зецер Ю.И., Ланцбург Е.Я. Разрушение гетерогенных диэлектрических сред интенсивным микроволновым излучением // ДАН. 1992. Том 324, N 5. С. 1011.

3. Зецер Ю.И., Ланцбург Е.Я., Ратников Е.В. Поглощение СВЧ-энергии матричной моделью горной породы // Сборник «Взрывное дело», N 90/47. М.: Недра, 1990, С. 215.

4. Виленская Г.Г., Зецер Ю.И., Ланцбург Е.Я. Распределение температуры внутри горной породы, нагреваемой СВЧ-излучением // ИФЖ. 1986. Т. 50, N 1. С. 141.

5. Житников Ю.В., Зецер Ю.И. Исследование нагрева конденсированных сред при объемных источниках энерговыделения // ДАН. 1992. Том 324, N 5. С. 977.

6. Зецер Ю.И., Ратников Е.В. Физические механизмы СВЧ-нагрева и разупрочнения горных пород // Сборник «Динамические процессы в геосферах: геофизика сильных возмущений». М.: Наука, 1994. С. 311.

© Е.В.Ратников, В.Д.Лунип

Цр шит, &мтщты$ тшт$лъсттм моско&скот

тсушрсшммшо жторо тжёрсмтёям

Цена в 1Ш) (оплата в рублях по курсу ММВБ на день оплаты)

НА УЧНО- ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

"Экологические проблемы горного производства", 1993 г.:

Тезисы докладов. - 160 с. 1,0

Доклады. - 256 с. 1,0

НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 94

Тезисы докладов. -272 с.

1,0

ВТОРАЯ НА УЧНО- ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

"Экологические проблемы горного производства", 1995 г.:

Доклады. - 600 с.

8,0

Об»

СБОРНИКИ НА УЧНЫХ ТРУДОВ:

Комплексное освоение месторождений твердых полезных ископаемых (выпуски 0,1,2). - 301, 282, 288 с.

3,0

каждый

Горные науки и промышленность. - 318 с.

3,0

Актуальные проблемы освоения месторождений и использования минерального сырья. - 280 с.

Об

Вопросы теории открытых горных работ. - 285 с.

1,5

2,5

Горный информационно-аналитический бюллетень. Выпуски за 1992-1994 г.г. Горный информационно-аналитический бюллетень. Выпуски 1, 2 за 1995 г.

0,5

3,0