CC BY
54
© И.Ж Бунин, Т.А. Иванова, В.Л. Лунин, 2002
YAK 622.765+621.385.6+533.1+66.061: 539.21+542.61
И.Ж. Бунин, Т.А. Иванова, В.А. Лунин
ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОЗЛЕЙСТВИЙ НА П—OUECC РАСТВОРЕНИЯ ЗОЛОТОСОЛЕРЖАШИХ МИНЕРАЛОВ*
Разработка нетрадиционных высокоэффективных и экологически безопасных технологий ру-доподготовки и переработки труднообогатимых и упорных золотосодержащих руд на основе использования высокоэнергетических воздействий направлена на достижение максимального извлечения ценных компонентов в продуктивные растворы. Это обеспечивается за счет дополнительного раскрытия сростков в минеральных комплексах, создания множественных транспортных каналов в виде микротрещин в минеральной среде, облегчающих доступ выщелачивающего раствора к мелкодисперсным частицам ценных компонентов и активизирующих процессы цианирования. Так, в последние несколько лет коллективом ученых ИПКОН РАН и ИРЭ РАН при участии ФГУП «ЦНИГРИ» разработан принципиально новый, высокоэффективный, энергосберегающий и экологически чистый метод дезинтеграции и вскрытия упорных золотосодержащих руд и продуктов их обогащения на основе использования воздействия
мощными электромагнитными импульсами [1-3]. Метод позволяет за счет разупрочнения и модификации поверхности
сульфидных минералов и создания множественных каналов пробоя в минеральной матрице повысить извлечение благородных металлов на 15-30% и при уменьшении энергозатрат в 2 раза снизить себестоимость продукции в 1,5-2 раза. Впервые создана лабораторная установка по обработке упорного золотосодержащего сырья в сухом и
влажном виде (Т:Ж=5:1) и крупностью материала -0,5-1 мм [4]. Новая технология не требует использования дорогостоящих токсичных реагентов, тонкого измельчения материала до класса крупности -50 мкм и коренной перестройки технологического процесса обогащения руд. Метод апробирован на упорной руде, гравитационном концентрате и хвостах обогащения. Извлечение золота из лежалых хвостов обогащения сульфидных руд возрастает с 10-12% до 70-90%.
Ранее нами было показано
[5], что предварительное облучение потоком ускоренных электронов пирит- и арсенопиритсодержащего гравитационного концентрата упорной руды месторождения Нежданинское существенно улучшает результаты цианирования, повышая извлечение благородных металлов в продуктивный раствор (на 4-12% по серебру и 6-25% по золоту). В результате воздействия ускоренных электронов на сульфидные минералы (пирит и арсенопирит) стимулируются окислительные процессы на поверхности сульфидов, изменяются фазовый состав их поверхности, гидрофобность, сорбционная и флотационная активность минералов. Облучение вызывает образование микротрещин и радиационных дефектов кристаллической решетки, при этом дисперсность сульфидных минералов изменяется незначительно
[6].
Важным фактором, влияющим на изменение свойств поверхности при облучении потоком ускоренных электронов, является воздействие химически
активных продуктов радиолиза воды (ОН, Н02, Н202) и озона (03), которые способствуют окислению сульфидной серы и металлов переменной валентности (железа в пирите и мышьяка в арсенопирите). Предварительное увлажнение концентрата водой или кислотой повышают эффективность последующей обработки [5].
Облучение ускоренными электронами существенно влияет на кинетику растворения твердых тел. При увеличении энергии излучения и суммарно поглощенной дозы могут одновременно проходить процессы, приводящие как к повреждаемости, так и к модификации поверхности [7]. Такое явление было обнаружено нами при облучении водных суспензий пири-тов нескольких месторождений
[6].
Нами впервые установлена высокая эффективность предварительного воздействия мощных электромагнитных импульсов на технологические свойства гравитационного концентрата из упорной руды Нежданинского месторождения и золотосодержащих лежалых хвостов Уруп-ского и Гайского ГОКов [1-3]. Максимальное вскрытие минеральной матрицы достигается за счет предварительного увлажнения обрабатываемого материала водой в количестве не большем, чем необходимо для заполнения водой пор в частицах материала. При проведении процесса в кислой или щелочной среде в результате реализации синергетического эффекта кооперативного взаимодействия мощного электромагнитного воздействия и поровой влаги наблюдается повышение эффективности раскрытия упорного материала [2, 3]. Хотя после воздействия мощными электромагнитными импульсами на образцы в виде навесок гравитационного концентрата (класс -500 мкм) их ситовая характеристика изменялась незначительно (выход класса -100 мкм возрос на ~6%), величина суммарного извлечения золота и серебра составила ~151%, приблизившись к
*Работа выполнена при поддержке гранта 00-15-98521 "Ведущие научные школы" и гранта 02-05-64603 РФФИ.
показателю, полученному на образцах с крупностью частиц класса -50 мкм (~157%). Этот факт свидетельствует об эффективности вскрытия упорной руды за счет селективной дезинтеграции минеральных комплексов, создания множественных каналов пробоя в матрице минера-хозяина, обеспечивающих доступ продуктивного раствора к частицам золота и серебра [1-3].
Изучение процесса растворения минералов может служить одним из эффективных методов физико-химических исследований изменений их поверхностных свойств, химической активности и реакционной способности в результате энергетических воздействий. В литературе отсутствуют данные о влиянии мощного электромагнитного импульсного воздействия на растворимость природных минералов (сульфидов, кварцитов и пр.). Для получения дополнительной информации о механизмах воздействия потока ускоренных электронов и мощных электромагнитных импульсов (МЭМИ) на золотосодержащие сульфидные и кварцеобразующие минералы исследовалась растворимость и кинетика растворения пирита, арсенопирита, кварца, а также гравитационного концентрата из упорной золотосодержащей руды.
Материалы и методики исследований
Влияние воздействия потока ускоренных электронов на растворимость сульфидных минералов изучали на порошках пирита и на образцах в виде навесок золо-то-(серебро) содержащего гравитационного концентрата из упорной руды Нежданинского месторождения с крупностью частиц (0,5 мм), основными рудообразующими минералами которого являются арсенопирит (38-39%) и пирит (21-22%). Образцы в сухом и в увлажненном (дистиллированной водой, растворами серной кислоты и гидроксида натрия при Т:Ж=1:1) состояниях подвергали воздействию на установке ЛУЭ-0,4 в стационарном режиме потоком ускоренных электронов со следующими параметрами: энергия электронного пучка № - до 400 Кэв, мощность N = 2 кВт, ток
I- до 5 мА и плотность тока ^ = 2 мкА/см2. В выбранном режиме доза излучения варьировалась длительностью воздействия потоком ускоренных электронов (30360 с). Так, в экспериментах по растворимости сульфидных минералов, содержащихся в гравитационном концентрате, предварительное облучение образцов проводили при дозах, оптимальных для интенсификации процесса вскрытия упорного концентрата ~0,2-0,8 Мрад. После облучения и отделения твердой фазы фильтрат разбавляли в десять раз и определяли в нем содержание железа фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой либо содержание мышьяка плазменным методом [8].
Влияние МЭМИ на кинетику растворения вмещающих золото минералов исследовали на образцах в виде навесок из пирита месторождения Березовское с различной крупностью частиц (1,63+1,0 мм), (-1,0 + 0,63 мм), (63 + 0,1 мм) и из ожелезненного кварца с крупностью частиц (-0,063 мм). Порошкообразный материал в сухом состоянии обрабатывали серией мощных электромагнитных импульсов с амплитудой электрической компоненты поля до 150 кВ, длительностью импульса 10-50 нс и частотой повторения ~10-20 Гц. Количество импульсов и некоторые другие параметры воздействия варьировали в зависимости от условий опыта. Регулировкой расстояния между электродами и их изоляцией устанавливали оптимальную величину амплитуды напряженности электрической компоненты электромагнитного поля, которая изменялась в пределах от 15 до 50 МВ/м. Амплитуда напряженности электрического поля превышала электрическую прочность материала ~10 МВ/м, а длительность фронта импульса (1-5 нс) была меньше времени формирования искрового разряда между электродами [1-4]. В случае ожелезненного кварца воздействию МЭМИ подвергалась навеска массой ~58 г с известным гранулометрическим составом, изменение которого привело к выходу тонких частиц нового класса (-0,063 мкм, всего 2 г). Последний использовался для исследования сравнительной скорости
растворения минерала до и после воздействия МЭМИ.
Растворимость минералов изучали в процессе перемешивания порошкообразных образцов с растворителем в открытом сосуде при соблюдении строгого постоянства факторов, влияющих на кинетику процесса растворения, а именно, исходной концентрации растворителя, интенсивности перемешивания, гидродинамических параметров процесса, температуры. Скорость растворения железосодержащих сульфидов контролировали по количеству железа, а ожелезненного кварца - по количеству кремния, переходящих в раствор в единицу времени. В случае сульфидных минералов концентрацию железа определяли фотометрическим методом, основанным на образовании окрашенного комплексного соединения сульфосалициловой кислоты с двух- и трехвалентным железом. Навеску минерала (1 г) помещали в сосуд, заливали 30-ю мл 0,1 н раствора Н2Б04 и перемешивали со скоростью 2700 об/мин в течение 4-х часов при температуре 22 °С. Через каждые 30 мин перемешивания после остановки мешалки и 10-и минутного отстаивания взвеси отбирали контрольные пробы (0,5 - 2 мл). Замутненные пробы фильтровали, переносили в колбу на 50 мл и после разбавления дистиллированной водой добавляли 5 мл 30% раствора сульфосалициловой кислоты. После перемешивания в колбу добавляли 10 мл 10% раствора аммиака и содержимое доводили водой до контрольной метки. Строго через 10 минут после добавления аммиака измеряли оптическую плотность окрашенного раствора на фотоколориметре в диапазоне длин волн 420 - 430 нм в кюветах толщиной 5 см. Параллельно проводили контрольный (нулевой) опыт, результаты которого вычитали из результата анализа пробы. Массовую концентрацию железа находили по градуировочному графику.
Содержание кремния определяли по количеству ортосиликата (Ма4БЮ4) в растворе с использованием оригинальной методики, в основу которой был положен фо-токолориметрический метод анализа кремния по образовавшейся в кислой среде комплексной гетеро-
Рис. 1. Изменение концентрации железа в жидкой фазе при воздействии потоком ускоренных электронов: а - гравитационный концентрат месторождения Нежданиское; б - суспензия пирита
поликислоте Н4[Б1(Мо3О10)4]-Н2О,
окрашенной в желтый цвет [9]. Материал исходного/обработанного МЭМИ кварца (2 г) помещали в сосуд из химически устойчивого стекла, заливали 30-ю мл 0,1И раствора ИаОИ и перемешивали в течение четырех часов при 2700 об/мин. Через каждые 30 минут перемешивания, после остановки мешалки и 10-и минутного отстаивания суспензии проводили анализ жидкой фазы. Пробу (1-2 мл) переносили в колбу на 50 мл и доводили до метки разбавленной серной кислотой с рН 2,7, которая использовалась для нейтрализации пробы и получения необходимого при анализе значения рН 4,5. Затем добавляли 2 мл 5% раствора молибдата аммония и после перемешивания вносили 1 мл соляной кислоты разбавленной в соотношении 1:1. Строго через 5 минут добавляли 1,5 мл 10% раствора щавелевой кислоты и измеряли оптическую плотность раствора на фотоколориметре при 410 нм в кюветах глубиной толщиной 5 см. Как и в предыдущем случае, кон-центацию растворенных ортосиликатов находили с помощью калибровочной кривой.
Результаты исследований и их обсуждение
Облучение потоком ускоренных электронов. После воздействия потоком ускоренных электронов на сульфидные минералы и на гравитационный концентрат в сухом (неувлажненном) состоянии существенного увеличения концентрации железа в воде, отражающего изменение растворимости минералов, не наблюдалось. Предварительное увлажнение образцов дистиллированной водой и последующее их облучение несколько активизировало процессы растворения железосодержащих сульфидов, содержащихся в концентрате (рис. 1,а), и пирита (рис. 1,б). Рентгенофазовой анализ показал, что при смачивании водой на поверхности пирита проходили процессы окисления продуктами радиолиза воды. После облучения
пирита (0,2 Мрад) линии пирротина и магнетита на рентгенограммах, свидетельствующие о появлении гидратированных окисленных фаз, проявлялись более отчетливо.
Воздействие потоком ускоренных электронов в течение одной минуты на навеску пирита, предварительно смоченную раствором 0,2 и 0,4И серной кислоты, привело к значительному увеличению концентрации железа (рис. 1,б). Облучение в течение трех минут гравитационного концентрата, увлажненного 0,2-0,6И раствором И2БО4, вызывало 5-10-кратное увеличение концентрации железа при растворении (рис. 1.а). После 4-х минутного воздействия потоком ускоренных электронов на концентрат, смоченный в 0,2И растворе кислоты, растворимость мышьяка возросла почти в пять раз (рис. 2). Таким образом, введение раствора кислоты при облучении потоком электронов существенно активизирует растворимость железосодержащих сульфидов в воде. При цианировании гравитационного концентрата, предварительно подвергнутого воздействию ускоренными электронами в присутствии кислоты, прирост извлечения золо-
Рис.2. Влияние облучения электронами на растворимость соединений железа и мышьяка гравитационного концентрата месторождения Нежданинское в растворах кислоты и щелочи
та (серебра) составил соответственно 0,5-12 % (5-9,5 %) по сравнению с результатами, полученными при облучении сухого материала. Наблюдаемый разброс значений извлечения и сравнительно малый, в ряде случаев, эффект от смачивания кислотой связан с низким влагосодержанием
(Т:Ж=2:1) и низкой концентрацией кислоты (0,2И) при высокой степени измельченности материала (-50 мкм). Так как в этих условиях практически вся смачивающая жидкость удерживалась в порах и трещинах, отсутствовала объемная несвязанная влага, необходимая для обеспечения растворения и диффузии продуктов радиолиза и анионов кислоты.
После облучения гравитационного концентрата потоком ускоренных электронов в течение 30 с в присутствии 0,4И ИаОН заметен количественный переход в раствор образовавшихся арсенат-ионов (Дб04-3), а после 4 мин воздействия растворимость мышьяка возросла в три раза по сравнению с необлученным концентратом (рис. 2). Полученные данные сви-
Рис. 3. Влияние мощных электромагнитных импульсов на кинетику растворения и гранулометрический состав ожелезненного кварца
40
30 •
а 20 •
-после воздействия мэми, нс -без обработки мэми
50 100 150 200
Время перемешивания, мин
250
0
0
детельствуют о том, что растворы щелочи могут быть использованы для активации окислительного растворения арсенопирита. Дополнительная обработка щелочью после облучения концентрата в присутствии раствора кислоты увеличивала извлечение серебра на 4-7 % при цианировании.
Воздействие мощными электромагнитными импульсами. Гетерогенные реакции растворения минералов относятся к категории, так называемых, сложных процессов [10], доминирующий механизм протекания которых однозначно идентифицировать невозможно. Так, процесс растворения минералов контролируется механизмами внешней и внутренней диффузии, а также собственно кинетическим механизмом. Результаты предварительных экспериментов показали, что скорость растворения мономинерального порошка пирита в 0,1И растворе серной кислоты в значительной степени зависит от интенсивности перемешивания. Это свидетельствует
как о стадийности процесса растворения, так и о смене контролирующих его механизмов в области бифуркационной неустойчивости системы при интенсификации перемешивания. По завершении стадии, на которой преобладал
транспорт реагентов к поверхности частиц из объема раствора или продуктов реакции от границы раздела фаз стадии (механизм внешней диффузии), процесс переходил в область внутренней диффузии, когда скорость растворения зависела не столько от скорости потока, сколько от пористости и проницаемости материала.
На рис. 3 показаны особенности изменения гранулометрического состава навески частиц ожелезненного кварца массой 57,997 г в результате воздействии серией МЭМИ (всего 103 импульсов). Исходный гранулометрический состав образца был представлен частицами пяти классов крупности, основными из которых были следующие классы: (0,2+0,1), (-0,1+0,08), (-0,08+0,063) мм. Воздействие МЭМИ привело к уменьшению процентного содержания классов (-0,2+0,1) мм с 37,04% до 32,17% и (-0,08+0,063) мм с 30,09% до 25,7%, увеличению доли промежуточного класса крупности (-0,1+0,08) мм с 31,08% до 36,92%, а также к 3,5%-ому выходу мелких частиц нового класса (-0,063 мм; всего 2 г). Последние использовались нами для оценки влияния МЭМИ на физикохимические свойства, а именно, на скорость гетерогенной реакции растворения ожелезненного кварца как вмещающего минерала пустой породы. После обработки МЭМИ суспензия частиц кварцевого порошка стала темнее, чем до
воздействия и приобрела характерный песочный цвет. Кинетические кривые растворения частиц ожелезненного кварца до и после воздействия свидетельствовали о заметном общем увеличении кон-цетрации ортосиликата в растворе во всем исследуемом временном интервале перемешивания (рис. 3). Однако практически эквидистантное расположение кривых свидетельствует об отсутствии влияния МЭМИ при выбранном режиме воздействия на скорость процесса растворения частиц кварца (природного диэлектрического материала).
Принципиально иная картина наблюдалась нами при исследовании влияния обработки МЭМИ на растворимость частиц пирита класса крупности (-0,63+0,1 мм). На рис. 4а представлены кинетические кривые растворения частиц без предварительного воздействия МЭМИ и после обработки сериями импульсов (в первой серии общее количество импульсов
2-103, во второй - 5-103). Электро-импульсное воздействие, в особенности в первом случае, затрудняло процесс растворения частиц на ранних стадиях (при тпе-ремеш.= 0-120 мин). Однако при увеличении общего количества импульсов воздействия наблюдался резкий рост скорости процесса растворения, в особенности при тперемеш> 100 мин. В этом случае концентрация железа в растворе увеличивалась приблизительно в 1,5 раза. Таким образом, установлен эффект влияния интенсивности предварительного воздействия МЭМИ на скорость растворения минеральных частиц пирита (природного полупроводника) при их перемешивании. Это связано, предположительно, с выявлением в процессе растворения микро- и макродефектов, образующихся под воздействием импульсов в объеме минеральной матрицы.
Изменение крупности обрабатываемых частиц пирита приводило к изменению характера кинетических кривых растворения (рис. 4б). Для частиц классов крупности (-1,63+1,0) мм и (1,0+0,63) мм не подвергнутых
50
100 150
Время перемешивания, мин
200
250
100 150
Время перемешивания, мин
а) б)
Рис. 4. Влияние мощных электромагнитных импульсов на кинетику растворения частиц пирита: (а) 1 - без обработки МЭ-МИ, 2-3- после воздействия МЭМИ (2 - 2-103, 3- 5-103 имп.; крупность частиц каждой навески (-0,63 + 0,1) мм); (б) 1 - (-
0,63 + 0,1) мм, 2’-2- (-1,0 + 0,63) мм, 3-3- (-1,63 + 1,0) мм; 2',3'- без обработки МЭМИ, 1-3- после воздействия МЭМИ (1 - 5-103 имп., 2-3- 7,5-103 имп.).
0
0
200
предварительной обработке электромагнитными импульсами концентрация железа в жидкой фазе при растворении практически не изменялась в течение трех часов перемешивания. Воздействие МЭМИ (на навески частиц крупности (1,63+1,0) мм и (-1,0+0,63) мм - по 7,5-103 имп., а на частицы крупности (-0,63+0,1) мм - 5-103 имп.) приводило как к существенному повышению концентрация железа в растворе при перемешивании, так и
изменению скорости процесса растворения. Так, несмотря на резкое увеличение растворимости частиц тонкого класса (-0,63+0,1) мм на начальных стадиях, средняя скорость процесса растворения при последующем перемешивании оказалась несколько ниже, чем для частиц более высоких классов крупности (рис. 4).
Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности воздействия МЭМИ, кото-
рые, обеспечивая общий характер объемного воздействия электрической компоненты поля на обрабатываемый образец (особенно в случае диэлектриков), существенно модифицируют поверхность минералов и изменяют ее свойства, в частности химическую активность и реакционную способность.
Авторы выражают благодарность Н.С. Буниной, В.А. Вдовину, П.С. Воронову (ИРЭ РАН, Москва) за помощь в проведении экспериментов.
--------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чантурия В.А., Гуляев Ю.В., Лунин В.Д., Бунин И.Ж. и др. Вскрытие упорных золотосодержащих руд при воздействии мощных электромагнитных импульсов // Докл. РАН, 1999, Т.366, № 5, - С. 680-683.
2. Чантурия В.А., Гуляев Ю.В., Бунин И.Ж. и др. Синергетическое влияние мощных электромагнитных импульсов и поровой влаги на вскрытие золотосодержащего сырья // Докл. РАН, 2001, Т.379, № 3, - С. 372-376.
3. Чантурия В.А, Бунин И.Ж, Лунин ВД, Гуляев Ю.В. и др. Использование мощных электромагнитных импульсов в процессах дезинтеграции и вскрытия упорного золотосодержащего сырья // ФТПРПИ, 2001, № 4, - С. 95-106.
4. ЧантурияВ.А., Лунин ВД, Бунин И.Ж, Гуляев Ю.В. и др. Способ переработки материалов, содержащих благородные металлы // Патент РФ, 1999, № 2139142.
5. Чантурия В.А, Иванова Т.А, Лунин ВД, Нагибин ВД. Интенсификация процесса вскрытия упорных золотоКОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------
содержащих продуктов при воздействии потоком ускоренных электронов // ФТПРПИ, 2000, № 4, - С. 95-106.
6. Чантурия В.А, Иванова Т.А, Лунин В.Д., Нагибин ВД. Влияние жидкой фазы и продуктов ее радиолиза на поверхностные свойства пирита и арсенопирита // ФТПРПИ, 1999, № 1.
7. Черняк А.С. Процессы растворения: выщелачивание, экстракция. Иркутск: Изд-во Иркутского университета, 1998. 407 с.
8. Методическое руководство по анализу технологических и сточных вод предприятий черной металлургии. Москва: Металлургия, 1988.
9. Унифицированные методы анализа вод. Под ред. Ю.Ю.Лурье. - М.: Химия, 1971.
10. Нпколис Г, Пригожин И. Познание сложного. Введение. - М.: Мир, 1990. 344 с.
Бунин Игорь Жанович - старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, лаборатория «Теории разделения минеральных компонентов», Институт проблем комплексного освоения недр РАН (ИПКОН РАН).
Иванова Татьяна Анатольевна - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, лаборатория «Теории разделения минеральных компонентов», ИПКОН РАН.
Лунин Валерий Дмитриевич - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория «Теории разделения минеральных компонентов», ИПКОН РАН.
«НЕДЕЛЯ Г0РНЯКА-2002» СЕМИНАР < З
“«НЕДЕЛЯ Г0РНЯКА-2002» СЕМИНАР < З
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
БУНИН
G:\По работе в универе\2002\Папки 2002\giab8_02 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.dotm Фрагмент статьи Бунин
Alexandre Katalov
10.07.2002 14:47:00 22
28.11.2008 18:31:00 Таня
41 мин.
28.11.2008 18:56:00 7
3 378 (прибл.)
19 255 (прибл.)
