CC BY
63
Е.А. Кошель
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗУПРОЧНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД В ПРОЦЕССЕ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ
Приведены результаты исследований по изучению закономерностей разупрочнения минеральных составляющих золотосодержащего сырья в процессе магнитно-импульсной обработки.
Ключевые слова: магнитно-импульсная обработка, золото, магнитострикция, дислокация, извлечение.
~П России и за рубежом проводится широкий комплекс ис-
-Я-М следований по разработке нетрадиционных эффективных методов переработки упорного сырья драгоценных металлов на основе использования энергетических воздействий: мощными электромагнитными импульсами (МЭМИ), которые проводятся в ИП-КОН РАН под руководством академика В.А. Чантурия, совместно с институтами ИРЭ РАН и ЦНИГРИ [1], а также магнитноимпульсной обработки (Гончаров С.А., Ананьев П.П., МГГУ, ЦНИГРИ) [2].
С помощью магнитно-импульсной обработки (МИО) эффект разупрочнения руды достигается при малых затратах электроэнергии и высокой ударной мощности электромагнитного импульса [2]. Этот эффект обусловлен тем, что при импульсном магнитном воздействии внешнее электромагнитное поле распространяется по всему объему руды. Кроме того, по объему материала возникают трещины, облегчающие проникновение раствора цианида к частице металла.
В данной работе изложены результаты исследований по изучению закономерностей разупрочнения минеральных составляющих золотосодержащего сырья в процессе магнитно-импульсной обработки.
Объектом исследований являлся флотационный концентрат обогащения руды одного из разведуемых месторождений.
По данным химического и пробирного анализов (табл. 1), основным ценным компонентом в концентрате является золото, содержание которого составляет 45,7 г/т.
Таблица 1
Результаты химического и пробирного анализов средней пробы флотоконцентрата
Соединения и компоненты Содержание, % Соединения и компоненты Содержание, %
SiO2 16,00 Sобщ 33,85
А1203 5,98 Р205 0,08
Ревал 32,78 Сорг 0,66
СаО 3,24 Си 0,044
Mg0 1,04 Zn 0,049
Ті02 0,82 РЬ 0,021
№20 0,77 As 0,03
к2о 1,72 Sb 0,005
МпО 0,12 Аи, г/т 45,5
Ss 33,36 Ag, г/т 27,6
Изучение минерального состава концентрата показало, что основным рудным минералом является пирит (74,98%), кроме того, в концентрате присутствуют: карбонаты (5,24%), кварц (8,25%), также сростки кварца, пирита, гематита, магнетита, карбоната, углеродистых сланцев (11,18%). Из нерудных минералов присутствует углеродистое вещество, полевые шпаты и слюдистые агрегаты. Золото в концентрате, в основном, ассоциировано с пиритом.
Гранулометрический анализ исходного концентрата крупностью 52% -0,074 мм (рис. 1) показал, что класс крупностью 0,1 мм несколько обеднен по золоту, в остальных классах золото распределяется достаточно равномерно, также следует отметить обогащение по золоту самой тонкой фракции (-0,020 мм).
Из результатов рационального анализа (рис. 2) видно, что в концентрате исходной крупности (52% -0,074 мм) 59,18 % золота (8,30 % - амальгамируемого, 50,88 - в сростках) находится в цианируемой форме, покрыто пленками и связано с сульфидами 21,49 % золота, 19,33 %- тонко вкраплено в породообразующие минералы. Учитывая результаты минерального, гранулометрического и фазового анализов, концентрат можно характеризовать, как упорный с тонкой вкрапленностью золота в пирит.
Технология магнитно-импульсной обработки осуществляется путем пропускания концентрата через отрезок диэлектрического трубопровода, на котором, размещена система электромагнитных
катушек, генерирующая в непрерывном автоматическом режиме импульсы электромагнитного поля с заданной частотой следования
[3].
ей
Н
О
ч
о
со
и
К
К
<и
ч
ч
и
л
с
о
ей
Л
К
ч
о
й
3
и
0,1 -0,1+0,074 -0,074+0,050 -0,050+0,03 0 0,030+0,020 -0,02
класс крупности, мм
I выход, % □ распределение Аи, %
Рис. 1. Гранулометрическая характеристика и распределение золота по классам крупности
50
40
30
20
10
0
и
к
к
<и
ч
и
«
и
&
£
л
свободное в сростках под пленками в сульфидах в кварце формы нахождения золота ■ 52% -0,074 мм
Рис. 2. Результаты рационального анализа флотоконцентрата крупностью 52% -0,074 мм
Из литературы известно, об эффективном использовании МИО при обработке железистых кварцитов, объясняемое явлением маг-нитострикции, в силу наличия высокой магнитной восприимчивости магнетита [4].
Учитывая, что в представленном золотопиритном концентрате присутствует магнетит, механизм разупрочнения может основываться на явлении магнитострикции (изменение формы и размера зерна минерала при его намагничивании).
При магнитострикции в зернах магнетита происходят поперечные и продольные деформации, характеризующиеся соответствующим коэффициентом магнитострикции [5].
Известно, что связь между деформациями и нормальными напряжениями на площадках зерна кубической формы (зерна магнетита обладают кубической сингонией), имеет следующий вид [4]:
где Е - модуль упругости, ц - коэффициент Пуассона, є - максимальная деформация вдоль соответствующей оси.
Поскольку в концентрате присутствует магнетит в сростках с пиритом, гематитом и кварцем, то при расчетах напряжений использовались соответствующие значения для данных минералов (табл. 2).
Значение модуля упругости, модуля сдвига, коэффициента Пуассона, пределов прочности на сжатие [ас] и растяжение [ор] для магнетита и кварца приведены в табл. 2 [6, 7].
Расчет показал, что максимальные сжимающие напряжения изменяются в ряду: магнетит > гематит> пирит > кварц. Сдвиговые напряжения изменяются в ряду: пирит > гематит > магнетит > кварц. Отношение максимальных значений сжимающих напряжений в магнетите к пределу прочности магнетита на сжатие равно 41,2 %; в зернах гематита 64,6 %, в зернах пирита 23,6 %, в зернах кварца 5,7 %.
Отношения, возникающие при магнитострикции в зернах магнетита сдвиговых напряжений к пределу прочности на сдвиг, у магнетита равно 47 %; в зернах гематита - 65%; а в зернах пирита -97 %, в зернах кварца -8 %.
Наличие сжимающих напряжений на границе зерен магнетита с гематитом, магнетита с пиритом, магнетита с кварцем,
Минерал Свойство
Е10-10,Па &10-10,Па И [Ос] 10-5, Па [Ор] -10-5, Па [т] 10- 5,Па
Магнетит 23,19 9,2 0,26 1500 140 356
Г ематит 21,2 9,31 0,14 600 60 262
Пирит 14 12,5 0,19 1280 160 235
Кварц 9,51 4,44 0,07 2600 210 1030
равных 41,2%; 64,6%, 23,6% и 5,7 % соответственно, от предела прочности на сжатие; сдвиговых напряжений на границе зерен пирита с гематитом, пирита с магнетитом и пирита с кварцем 97 %, 65 %, 47 % и 8 % соответственно, от предела прочности на сдвиг, должно привести в конечном итоге к возникновению и развитию микро- и макродефектов на границе срастания магнетита с соседними минералами гематита, пирита и кварца, а это - к их разупрочнению.
Объяснить механизм разупрочнения представленного концентрата можно с точки зрения модели заряженной дислокации. Поскольку в любой горной породе в различных ее структурных элементах имеются генетические дефекты: трещины, микротрещины, дислокации, обладающие некомпенсированным зарядом, через удельную энергию образования новой поверхности можно определить величину заряда дислокации [8]. Также, энергия образования новой поверхности зависит от модуля упругости, то можно воспользоваться понятием электромеханической чувствительности минерала, характеризующим возможность преобразования энергии электромагнитного поля в механическую энергию [8].
Величина этой характеристики прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости и обратно пропорциональна модулю упругости:
У
упр
где X - коэффициент электромеханической чувствительности, 8 -диэлектрическая проницаемость материала, Еупр - модуль упругости материала, Н/м2.
Для основных минералов концентрата коэффициент электромеханической чувствительности представлен в табл. 3.
£
Наименование минерала Диэлектрическая проницаемость £ Модуль упругости Е, ГПа X — коэффициент электромеханической чувствительности, Х*10-9 Па-1, ГПа
Кварц 5,1 96 0,053
Гематит 25 212 0,118
Пирит 42 140 0,3
Из-за неравномерности электрических и механических свойств минералов, входящих в состав концентрата, на границах минеральных зерен возникают структурные напряжения. При достижении этими напряжениями предельных значений происходит разрыв межзерновых связей.
На основании выше изложенного можно сделать вывод о том, что в данном концентрате «работает» смешанный механизм разупрочнения минералов, т.к. основной минерал - пирит находится в связи не только с магнитными магнетитом и гематитом, но и с диэлектриком - кварцем.
Совместно с сотрудниками центра «Инновация горных технологий» были проведены эксперименты по влиянию МИО на прочностные свойства концентрата и на показатели извлечения золота в процессе гидрометаллургической переработки исследуемого концентрата различной крупности
Эффективность воздействия МИО на прочностные свойства флотационного концентрата оценивали по выходу готового класса -0,074 мм. На рис. 3 представлены сравнительные результаты гранулометрического анализа флотационного концентрата исходной крупности (52 % -0,074 мм) без МИО и после МИО. Результаты гранулометрического анализа золото-пиритного концентрата, свидетельствуют о том, что при использовании предварительной МИО выход класса -0,1+0,074 мм сократился с 47,94 до 36,58 %, соответственно увеличился выход класса -0,074 мм с 52,06 % до 63,42 %, т.е. на 11,36 %.
Изучение влияния предварительной магнитно-импульсной обработки на показатели извлечения золота пиритного концентрата при цианировании в сорбционном режиме, осуществляли на материале различной крупности, в течение 72 часов. Результаты цианирования пиритного концентрата без МИО и после МИО (рис. 4).
0,1 -0,1+0,074 -0,074+0,044 -0,044+0,020 -0,02
класс крупности, мм
Ібез МИО СИпосле МИО
Рис. 3. Сравнительные результаты гранулометрического анализа золото-пиритного концентрата без МИО и после МИО
Рис. 4. Сравнительные результаты по цианированию флотационного концентрата без МИО и после МИОАнализ полученных результатов показал, что предварительная магнитно-импульсная обработка пиритного концентрата различной крупности улучшает технологические свойства материала. Извлечение золота из флотоконцентрата увеличивается с 63,08-84,62% до 67,0385,27%, в зависимости от крупности материала
Полученные результаты свидетельствуют, что применение предварительной магнитно-импульсной обработки пиритного концентрата оказывает положительное влияние на показатели извлечения золота при его выщелачивании. Извлечение золота увеличи-
20% -0,020 40% -0,02 0 76% -0,020 83% -0,020 95% -0,020
крупность, мм
^извлечение золота из флотоконцентрата без МИО, % □извлечение золота из флотоконцентрата после МИО, %
вается при гидрометаллургической переработке на 0,4-4%, в зависимости от крупности материала.
---------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Механизмы дезинтеграции минеральных сред при воздействии мощных электромагнитных импульсов. М., Известия Академии Наук. Серия физическая, Т.68, № 5, 2004, с. 629 - 631.
2. Гончаров С.А., Ананьев П.П. Основы технологии электромагнитного разупрочнения железистых кварцитов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2000. №6. с. 10-13.
3. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Иванов В.Ю. Разупрочнение горных пород под действием импульсных электромагнитных полей. МГГУ, М., 2006, с. 91
4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. - М.: Наука, 1987. - 247с.
5. Белов К.П. Магнитные превращения. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959, 259с.
6. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. - М.: Наука, 1964,
206 с.
7. Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород. - М.: Наука, 1975, 201 с.
8. Ананьев П.П., Гридин О.М., Самерханова А.С. Взаимосвязь свойств и электромеханической чувствительности природных минералов. Горный информационноаналитический бюллетень. 2008. №5. с. 184-189. шы=1
Koshel E.A.
THE MECHANISMS OF MINERAL COMPOUNDS SOFTENING DURING PULSE-MAGNETIC PROCESSING OF ORES
The objective of this work was to study the dependence of the mineral complexes destruction from gold bearing concentrates during magnetoimpuls pre-treatment.
Key words: pulse-magnetic processing, gold, magnetostriction, dislocation, recovery.
— Коротко об авторе
Кошель Е.А. - ФГУП ЦНИГРИ.
