CC BY
45
© А.В. Киореску, 2015
УЛК 66.061.34 + 579.66 А.В. Киореску
МЕХАНИЗМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПРОЦЕССЫ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Проведенный анализ опубликованных материалов по данной тематике показал: технология применения микроволн способствует максимальной полноте вскрьпия минерального комплекса за счет его селективного нагрева, что способствует увеличению показателей извлечения металлов из минерального сырья.
Ключевые слова: Электромагнитные волны, микроволновое излучение, выщелачивание, бактериально-химическое выщелачивание (БХВ), интенсификация.
С началом века индустриализации началась активная добыча и использование разных видов полезных ископаемых. Истощение запасов легкообогатимого минерального сырья, приводит к необходимости вовлечения в переработку упорного рудного и низкосортного минерального сырья. Разработка новых методов переработки минерального сырья, научно обоснованных способов извлечения ценных металлов является ключевой задачей научно-технического прогресса.
Перспективным направлением в обогатительной промышленности считается применение гидрометаллургических методов извлечения металлов. По сравнению с традиционными пи-рометаллургическими, гидрометаллургические методы являются более привлекательными. Часто это менее дорогостоящие и менее вредные для окружающей среды процессы [1].
Основной недостаток гидрометаллургических методов переработки минерального сырья - это низкая скорость реакций, при которых идет процесс выщелачивания. Это в свою очередь является следствием увеличения времени, необходимого для достижения высоких показателей извлечения металлов из руды.
В связи с данной проблемой в нашей стране и за рубежом проводилось множество исследований по использованию мик-
роволнового излучения, целью которых была интенсификация процесса выщелачивания.
Воздействие микроволновой энергии на минеральное сырье
Микроволновое излучение - это вид электромагнитного излучения, передающего энергию в виде волн высокой частоты в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц. Наиболее часто используемые частоты для целей нагревания являются 915 МГц и 2,45 ГГц, которые соответствуют длинам волн 33,5 и 12,2 см, соответственно [3].
Одним из свойств микроволнового излучения является способность вызывать тепловой эффект при воздействии на вещества, являющиеся диэлектриками. Электромагнитная волна представляет собой сочетание двух переменных полей - электрического и магнитного. Именно переменное электрическое поле способно вызывать преобразования структуры вещества. В результате воздействия этого поля в диэлектрике происходят явления поляризации. В электрическом поле молекулы диэлектрика, которые в отсутствии поля расположены хаотично, выстраиваются строго по направлению силовых линий поля. При изменении направления на противоположное молекулы переворачиваются на 180 градусов (рис. 1). Возникает дипольная поляризация. В результате трения кинетическая энергия молекул преобразуется в тепловую энергию. Чем больше напряжение поля, тем больше угол поворота молекул. Чем больше частота тока, тем чаще меняется направление поля, тем чаще молекулы меняют направления и, как следствие, интенсивнее выделяют тепло [4].
Рис. 1. Изменение положения диполя в электромагнитном поле [2] 336
Подобный механизм наблюдается в растворах, которые содержат ионы. При помещении такого раствора в электромагнитное поле ионы, находящиеся в этом растворе, начинают перемещаться в зависимости от своего заряда. В результате столкновения кинетическая энергия преобразуется в тепловую. Увеличение концентрации ионов в растворе приводит к увеличению количества столкновений, что вызывает более интенсивный нагрев [5].
Руда, вовлеченная в переработку, являются неоднородной по своему составу. Наличие двух или более фаз с различными диэлектрическими свойствами приводит к избирательному нагреву материала при воздействии микроволновым излучением. Металлсодержащие минералы (пирит, магнетит), поглощающие микроволновую энергию, эффективно нагреваются. Пустая порода, «прозрачная» для микроволн, остается холодной. Следовательно, на границе раздела фаз будут возникать термомеханические напряжения, приводящие к образованию микротрещин. Образование микротрещин способствует дезинтеграции минерала-хозяина, что обеспечивает доступ выщелачивающего агента к ценным компонентам руды и повышает эффективность извлечения металла [6].
Однако продолжительное облучение приводит к увеличению прочности минерального комплекса, а недостаточно продолжительное воздействие волн — к несущественным структурным изменениям, в результате чего не обеспечивается необходимая дезинтеграция породы [6].
Помимо структуры минерального комплекса на разрушения влияют: содержание влаги в порах, анизотропия, неоднородность поля напряжения, физико-механические свойства породы [7].
После воздействия микроволновым излучением на сульфидные руды наблюдается снижение элементарной серы на поверхности минерального комплекса, что связанно с ее окислением до диоксида серы. Этот эффект способствует повышению эффективности процесса БХВ сульфидных руд, где сера выступает в качестве барьерного элемента, препятствующего процессу окисления необходимых компонентов [8].
Заключение
Проведенный анализ позволил выявить, что микроволновое излучение оказывает селективное тепловое воздействие на руду, повышающее дезинтеграцию минерального комплекса, что обеспечивает максимальную полноту вскрытия. Получения прироста извлечения ценных компонентов при значительном уменьшении времени переработки сырья приводит к снижению потребляемой энергии. Это положительно сказывается на экономической составляющей производства и на состоянии окружающей среды.
Недостатки данного способа интенсификации процесса выщелачивания состоят в сложности точного определения оптимальной продолжительности и мощности воздействия на выщелачиваемый образец.
Тем не менее, несмотря на недостатки, микроволновая энергия имеет уникальные преимущества и,несомненно, найдет свое применение в глобальном производстве по переработке сырья.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Трухин Ю. П., Левенец О.О. Трехстадийная технология биовыщелачивания сульфидной кобальт-медно-никелевой руды //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2011. - №. 10.
2. Al-Harahsheh M., Kingman S.W. Microwave-assisted leaching—a review //Hydrometallurgy. - 2004. - Т. 73. - №. 3. - C. 189-203.
3. Meredith, R.J. Handbook of Industrial Microwave Heating, ed. R. Meredith. 1998, London: Institution of Electrical Engineers
4. Mingos D.M.P., Baghurst D.R. Applications of Microwave Dielectric Heating Effects to Synthetic Problems in Chemistry, Microwave-Enhanced Chemistry. - 1997.
5. Schaefer M.D. Microwave tempering of shrimp with susceptors. - 1999.
6. Бунин И.Ж. Теоретические основы воздействия наносекундных электромагнитных импульсов на процессы дезинтеграции и вскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов и извлечения благородных металлов из руд. Дисс. канд. технич. наук. - М.: ИПКОН РАН. - 2009.
7. Лисица А.В. Способы интенсификации процесса разрушения и повышения селективности дезинтеграции дисперсных сред в центробежных установках // Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого. 2000. №3 (3).
8. Olubambi P.A. Influence of microwave pretreatment on the bioleaching behaviour of low-grade complex sulphide ores //Hydrometallurgy. - 2009. - Т. 95. - №. 1. - C. 159-165. НИЗЕ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
Киореску Александр Вадимович - аспирант, младший научный сотрудник, [email protected], Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук.
UDC 66.061.34 + 579.66
MECHANISMS OF INFLUENCE OF MICROWAVE RADIATION ON LEACHING PROCESSES
Kioresku A.V., PhD student, junior scientist, [email protected], Research Geotech-nological Center, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, Russia.
The analysis of published material on the subject has shown that the application of microwave technology helps to maximize the completeness of opening mineral complex due to its selective heating, which increases the degree of metals extraction from minerals.
Key words: electromagnetic waves, microwaves, leaching, bioleaching, intensification. REFERENCES
1. Trukhin Yu., Levenec O.O. Trekhstadijnaya tekhnologiya biovyshchelachivaniya sul-fidnoj kobalt-medno-nikelevoj rudy (Three-stage technology of bioleaching of sulphide cobalt-copper-Nickel ores) //Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten (nauchno-tekhnicheskij zhurnal) 2011. No 10.
6. Bunin I. Zh. Teoreticheskie osnovy vozdejstviya nanosekundnyh ehlektromagnitnyh impulsov na processy dezintegracii i vskrytiya tonkodispersnyh mineralnyh kompleksov i izvlecheniya blagorodnyh metallov iz rud (Theoretical fundamentals of the effects of nanosecond electromagnetic pulses in processes of disintegration and exposure of finely dispersed mineral complexes and recovery of noble metals from ores). Diss. Kand. Tekhnich. Nauk. Moscow: IPKON RAN. 2009
7. Lisica A. V. Sposoby intensifikacii processa razrusheniya i povysheniya selektivnosti dezintegracii dispersnyh sred v centrobezhnyh ustanovkah (Ways of intensification of the process of destruction and increasing the selectivity of the disintegration of dispersed media in a centrifugal plants) //Vestnik GGTU im. P. O. Suhogo. 2000. No 3 (3).
