Методика агрегирования ультрадисперсных благородных металлов из минеральных сред лазерным воздействием Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

А.П. Кузьменко, Н. А Леоненко, Н.А. Кузьменко

МЕТОДИКА АГРЕГИРОВАНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ МИНЕРАЛЬНЫХ СРЕД ЛАЗЕРНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

орнодобывающая промышленность является ключевой от-

раслью экономики России. Успешное развитие этой отрас-

ли невозможно без опоры на результаты фундаментальных и прикладных исследований. Такие исследования в первую очередь предопределяют внедрение высоких технологий с целью повышения как качества и интенсификации добычи полезного ископаемого, так и решения экологических задач. Технические возможности подготовки горной массы к выемке определяют возможности всего горного производства и далее возможности всей промышленности, использующей результаты работы горнодобывающих предприятий.

Для дезинтеграции упорного золотосодержащего сырья, как показано в работах академика В.А. Чантурия с коллегами [1], в последнее время исследуются способы, основанные на нетрадиционных энергетических воздействиях, таких как электрохимическое окисление, СВЧ-нагрев, облучение ускоренными электронами, а также мощными электромагнитными импульсами. И.Н. Плаксиным установлено, что тонкое и коллоидно-дисперсное золото при обогащении золотосодержащих руд и россыпей не амальгамируется, не цианируется и не выделяется при гравитационном обогащении. Реально вскрытое в процессе измельчения свободное золото, размеры частиц которого сопоставимы с коллоидами, не извлекается [2, 3]. В этой связи применение источников лазерного излучения в обработке минеральных сред, содержащих золото и другие благородные металлы, с целью исследования твердофазных термохимических реакций и выявления фазовых переходов в них представляет определенный научный интерес [4].

Целью наших исследований является разработка новых нетрадиционных методов подготовки горной массы, с целью извлечения труднообогатимых ценных компонентов из минерального сырья

В статье освещены исследования, проводимые совместным Творческим коллективом Института горного дела ДВО РАН и Ха-

[5].

баровского государственного технического университета: а именно, изучение поведения минеральных сред в поле лазерного излучения (ЛИ), разработка методики агрегирования ультрадисперсных благородных металлов из минеральных сред лазерным воздействием.

Постановка проблемы связана с трудностью извлечения мелкодисперсных ценных компонентов из минерального сырья современными технологическими способами. Известно, что большая часть отходов горного производства содержит труднообогатимые ценные компоненты в техногенных рудах, песках, илистых остатках. Вся сложность извлечения таких компонентов связана как с кристаллографической особенностью изоморфных минералов, вторичной минерализацией этого вида минерального сырья, так и со способами раскрытия сростков и минералов. Доминирующими способами в технологии обогащения до сих пор является кучное выщелачивание, растворение в сильно агрессивных химических средах, что пагубно влияет на окружающую среду и имеет большие негативные экологические последствия.

Известно, что благородные металлы, в частности, золото обладают целым рядом уникально выгодных сочетаний физикохимических свойств по сравнению с силикатными, сульфидными и прочими минералами россыпных и рудных месторождений [6]. Выделим из многообразия свойств наиболее значимые, применительно к воздействию лазерного излучения на минеральные объекты, содержащие благородные металлы. Так, золото обладает наибольшим коэффициентом отражения и пренебрежимо малым коэффициентом поглощения на длине волны 1.06 мкм. Вместе с тем, для золота, также как и других металлов этой группы, характерна, наряду с достаточно невысокой температурой плавления (Тл = 1063°С), большая температура кипения (Тк = 2807°С), высокая химическая устойчивость. Совокупность всех этих свойств является хорошей предпосылкой для исследований воздействия ЛИ на длине волны 1.06 мкм на золотосодержащие минеральные объекты.

Источником ЛИ в работе явился импульсный источник, с частотой следования импульсов 2-3 Гц и длиной волны X = 1,06 мкм. Диаметр пятна ЛИ выбирался с учетом достижения эффективной обработки и реально составил 2-3 мм. В лазере использовалось излучение длительностью десятки миллисекунд с энергией несколько

мДж, что позволяло достигать во всех обрабатываемых материалах быстрого локального разогрева, плавления и испарения. Модовый состав ЛИ - ТЕМ00, источником лазерного излучения служил твердотельный квантрон на иттрий-алюминиевом гранате, активированный неодимом. Помимо квантрона на этом кристалле в источнике использовался усилитель мощности на таком же кристалле. Источник питания позволял изменять как частоту следования импульсов, так и энергию импульсов, что также использовалось для режимов лазерного высокоскоростного термического воздействия на минеральные тонкодисперсные объекты. В процессе обработки использовались серии импульсов за время от 40 до 80 секунд.

Исследовалось воздействие ЛИ на минеральные среды, содержащие тонкодисперсное и ультратонкодисперсное золото (глина, шлихи, модельное коллоидно-ионное золото), которые в насыпном виде помещались в специальную графитовую кювету с открытым входом. Выявлено формообразование алюмосиликатных сферообразных частиц, диаметр которых варьировался в пределах 500 -1500 мкм. На этих поверхностях наблюдалось осаждение частиц расплавленного золота также сферической формы с размером от 100 - 500 мкм.

При воздействии прямого падающего расфокусированного лазерного излучения с диаметром луча 2 мм частотой 5 Гц в течение 40 с на модельный образец с частицами размером -100 +10 мкм, содержащую 1 грамм глины и 10 мг золота пластинчатой формы, помещенную слоем толщиной 1 - 3 мм на подложку зарегистрировано образование обожженных сфер из глинистых частиц размером 500 - 1000 мкм, с осаждением на их поверхности частиц расплавленного золота сферической формы с размером от 100 - 500 мкм. Таким образом, появилась возможность извлечения золота сферической формы из глинистой минеральной смеси.

На рис. 1, 3, 5 изображены фотографии исходных минералогических образцов, на рис. 2, 4, 6 - фотографии образцов после лазерной обработки.

Фотография глины, содержащей благородные металлы с размерами частиц менее 10 мкм представлена на рис. 1; на рис. 2 - фотография обожженных частиц сферической формы глины с осаждением на их поверхности частиц расплавленного

золота сферической формы с размером от 100 - 500 мкм. после обработки лазерным излучением.

При воздействии прямого падающего расфокусированного лазерного излучения с диаметром луча 3 мм частотой 5 Гц в течение 50 с на образец, содержащий шлиховое золото (рис. 3) фракции - 100 + 50 мкм пластинчатой формы, а также кварц, цеолит, циркон и другие минералы, зарегистрировано образование обожженных сфер с осаждением на их поверхности расплавленного золота каплевидной формы, размер частиц составил 400-800 мкм. (рис. 4.)

При воздействии прямого падающего расфокусированного лазерного излучения с диаметром луча 3 мм частотой 5 Гц в течение 50 С на исследуемый материал - химически восстановленное золото фракции менее 50 мкм, образовывалось золото сферической формы с размером частиц от 200 до 1000 мкм.

Фотография химически восстановленного золота с субмикрон-ными частицами представлена на рис. 5 , на рис. 6 - фотография частиц сферической формы золота после лазерной обработки с размером сфер до 500 мкм. Параметры лазерного воздействия аналогичны выше описанным.

Таким образом, обнаруженный процесс агломерации золота из минеральных ассоциаций, сопровождаемый образованием сферических гранул с субмиллиметровыми размерами, на наш взгляд, может иметь практическое значение. Наблюдаемые изменения формы, структуры и гранулометрического состава минеральных золотосодержащих ассоциаций после лазерной обработки создают условия для выделения из них золота обычными гравитационными методами, что свидетельствует в пользу практической значимости данного способа [5]. Работа выполнена по Программе Министерства образования и науки РФ - Проект № 71345 (подпрограмма: Прикладные исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники"), а также по Инновационному проекту № 17-ИН-05 Дальневосточного отделения РАН.

----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чантурия В.А., Гуляев Ю.В., Лунин В.Д. и др. Вскрытие упорных золотосодержащих руд при воздействии мощных электромагнитных импульсов// ДАН. 1999. Т. 366. № 5. С. 680-683.

2. Галустян Л.А. Технология извлечения коллоидного золота из производственных и сточных вод золотоизвлекательных фабрик. Горный журнал. 2003. №

2. С. 61-62.

3. Плаксинские чтения 2004 г. "Современные методы оценки технологических свойств труднообогатимого и нетрадиционного минерального сырья благородных металлов и алмазов и прогрессивные технологии их переработки. "

4. Kuz’menko A.P., Leonenko N.A., Zhukov E.A., Nikolenko S.V., Kuz’menko N.A.. Laser ablation Zr02 on a surface (111) silicone and treatment raw mineral containing superdispersed Au // Fourth Asia-Pasific Conference APC0M’2004 Fundamental Problems of Opto and Microelectronics. Proceedings. Khabarovsk, Russia. September 13-16, 2004. P. 74-77.

5. Шевкун Е.Б., Кузьменко А.П., Леоненко Н.А., Ятлукова Н.Г., Кузьменко Н.А. Способ лазерного формообразования и обогащения благородными металлами минеральных ассоциаций. Заявка № 2003135458/02 (037974. Положительное решение от 02.03.05 г.

6. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизи-ка). Справочник геофизика / Под ред. Дортман Н.Б. - М.: Недра. 1984. 456 с.

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

Кузьменко А.П. - доктор технических наук, профессор,

Кузьменко Н.А. - кандидат физико-математических наук, старший преподаватель,

Тихоокеанский государственный университет.

Леоненко Н.А. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт горного дела ДВО РАН.

^--------

-------------- © Н.П. Хрунина, 2GG5