Содержание к диссертации
Введение
Анализ современных проблем обогащения упорных руд благородных металлов и тенденций развития методов их селективной дезинтеграции
Упорные руды благородных металлов и проблемы их рационального использования 20
Нетрадиционные энергетические методы селективной дезинтеграции тонкодисперсных минеральных комплексов благородных металлов
1.2.1. Электрохимические методы интенсификации процесса вскрытия упорных золотосодержащих руд 7
1.2.2. Использование энергии ускоренных электронов в процессах обогащения полиметаллических руд 30
1.2.2.1. Механизмы дезинтеграции минеральных комплексов при воздействии высокоэнергетическими электронами и направленное изменение технологических свойств упорных руд и продуктов обогащения 3 О
1.2.2.2. Повышение контрастности физико-химических свойств сульфидных минералов 33
1.2.2.3. Влияние радиационно-термической обработки на магнитные свойства железосодержащих минералов
1.2.3. Применение СВЧ-энергетики в процессах переработки минерального сырья 37
1.2.3.1. Разупрочнение минеральных комплексов мощным электромагнитным СВЧ-полем 40
1.2.3.2. Применение микроволнового излучения в процессах вскрытия и извлечения тонковкрапленного
золота при переработке сульфидных руд и промпродуктов 45
1.2.4. Резонансная дезинтеграция минеральных комплексов гиперударными волнами 48
1.2.5. Импульсные электротехнологии в процессах дезинтеграции минералов, горных пород и руд 49
1.2.5.1. Электроимпульсные способы разрушения прочных горных пород и руд 50
1.2.5.2. Электрогидравлические способы обработки упорных золотосодержащих материалов 1.2.5.3. Магнитно-импульсная обработка минерального сырья 59
1.2.5.3.1. Магнитно-импульсная технология разупрочнения железистых кварцитов 59
1.2.5.3.2. О перспективах применения магнитно-импульсного воздействия при переработке золотосодержащих руд и концентратов
1.2.5.4. Воздействие мощными наносекундными электромагнитными импульсами Основные выводы, цель и задачи исследований 66
Теоретическое обоснование механизмов дезинтеграции тонкодисперсных минеральных комплексов при воздействии мощных наносекундных электромагнитных импульсов 70
Феноменологическая модель процесса воздействия мощных электромагнитных импульсов на тонко дисперсные минеральные среды
Математическое моделирование процессов дезинтеграции и вскрытия минеральных комплексов при воздействии мощных наносекундных электромагнитных импульсов
2.2.1. О моделях электрического пробоя твердых тел различной природы
2.2.2. Разрушение минеральных комплексов вследствие
электрических пробоев
2.2.3. О пинч-эффекте в полупроводниковых сульфидных минералах при воздействии мощных наносекундных импульсов
2.2.4. Дезинтеграция минеральных комплексов из-за возникновения термомеханических напряжений при дифференциальном импульсном нагреве
2.2.5. Поглощение электромагнитной энергии СВЧ-излучения наноразмерными частицами благородных металлов (скин-эффект)
2.2.5.1. Минеральный комплекс типа «минерал-диэлектрик - частица благородного металла» 2.2.5.2. Минеральный комплекс типа «полупроводниковый минерал-хозяин - частица благородного металла»
2.3. Теоретическое изучение процесса развития электрических разрядов в тонкодисперсных минеральных средах в условиях воздействия наносекундных импульсов высокого напряжения 2.3.1. Условия протекания тока в минералах - полупроводниках
2.3.2. Концентрация энергии в электрических разрядах между частицами полупроводниковых сульфидных минералов при воздействии мощных наносекундных МЭМИ 135
2.3.2.1. Об автоэмиссионных свойствах сульфидных минералов
2.3.2.2. О развитии сквозных разрядов в слое частиц полупроводниковых минералов Выводы по главе 153
Глава 3. Экспериментальное изучение влияния МЭМИ на состояние поверхности, электрофизические и механические свойства сульфидных минералов
3.1. Особенности процессов дефектообразования и разрушения минералов при воздействии МЭМИ
3.1.1. Объекты и методики исследований 156
3.1.2. Анализ результатов экспериментальных исследовании
3.1.2.1. Полупроводниковые минералы 169
3.1.2.2. Минерал-диэлектрик, содержащий микрочастицы благородных металлов
3.2. О влиянии наносекундных электромагнитных импульсов на химический состав поверхности сульфидных минералов
3.2.1. Сульфиды железа (пирит) 177
3.2.2. Вкрапленные минеральные комплексы (халькопирит)
3.3. Влияние МЭМИ на электрофизические и механические свойства пирита, арсенопирита и некоторых минеральных продуктов Выводы по главе 193
Глава 4. Экспериментальное исследование влияния МЭМИ на процессы вскрытия и извлечения благородных металлов из упорных руд и продуктов обогащения
4.1. Перспективы применения высокоэнергетических воздействий в процессах рудоподготовки, вскрытия сульфидов и выщелачивания благородных металлов
4.2. Интенсификация извлечения микро- и наночастиц золота цианированием из различного минерального сырья при воздействии МЭМИ
4.2.1. Характеристика упорного золотосодержащего минерального сырья и методики исследований
4.2.2. Анализ результатов по влиянию МЭМИ на технологические показатели вскрытия упорных золотосодержащих продуктов
4.3. Синергетическое влияние мощных электромагнитных импульсов и поровой влаги на вскрытие золотосодержащего сырья
4.4. Интенсификация процесса бактериального выщелачивания сульфидных минералов воздействием МЭМИ
4.4.1. Влияние предварительных энергетических воздействий на изменение физико-химические свойств сульфидов в процессе бактериального выщелачивания
4.4.1.1. Материалы исследований, параметры и режимы энергетических и бактериально-химических воздействий
4.4.1.2. Комбинированный способ переработки упорного золотосодержащего минерального сырья Выводы по главе 238
Глава 5. Разработка рекомендаций по использованию научных выводов о механизмах дезинтеграции минеральных комплексов при воздействии МЭМИ
5.1. Принцип работы модульного образца установки для обработки минерального сырья МЭМИ 5.2. Рекомендаций для создания опытной полупромышленной установки
5.2.1. Расчет пропускной способности транспортной системы
5.2.2. Расчет основных электрофизических параметров электродной системы
5.2.3. Общие технические и конструктивные требования к электродной системе и генератору высоковольтных наносекундных импульсов
5.3. Апробация высокоимпульсного метода селективной дезинтеграции и установки для обработки минеральных продуктов при обогащении вкрапленных медно-никелевых руд и промпродуктов
5.3.1. Об особенностях структуры и технологиях переработки вкрапленных медно-никелевых руд Норильского промышленного района
5.3.2. Селективная дезинтеграция шихты вкрапленных медно-никелевых руд энергетическим воздействием мэми... 265
5.3.3. Влияние воздействия МЭМИ на показатели гравитационного обогащения промпродуктов медно-никелевых руд
Выводы по главе 277
Заключение и выводы 279
Список использованной литературы
- Использование энергии ускоренных электронов в процессах обогащения полиметаллических руд
- О моделях электрического пробоя твердых тел различной природы
- Минерал-диэлектрик, содержащий микрочастицы благородных металлов
- Синергетическое влияние мощных электромагнитных импульсов и поровой влаги на вскрытие золотосодержащего сырья
Введение к работе
Актуальность работы. В процессах обогащения минерального сырья около 70 % энергии расходуется на дробление и измельчение руды. Расход электроэнергии на процесс измельчения до крупности 0,05-0,1 мм в зависимости от типа руд составляет от 20 до 80 кВт-ч/т. Анализ основных потерь ценных компонентов в процессах первичной переработки руд показывает, что 35^4-0% связано со сростками и 30-35%-с тонкими частицами размером менее 40 мкм. Для снижения этих потерь при уменьшении числа сростков и увеличении степени их раскрытия и одновременно без излишнего переизмельчения руды традиционные неселективные процессы дробления и измельчения в щековых, конусных дробилках и шаровых мельницах должны быть дополнены процессами селективной дезинтеграции и вскрытия тонкодисперсного минерального сырья.
При обогащении полезных ископаемых основная роль дезинтеграции
заключается в полном раскрытии минеральных сростков с образованием
свободных зерен компонентов для последующего их разделения по физико-
химическим характеристикам. Физический смысл перехода к селективной
дезинтеграции заключается в организации процесса таким образом, чтобы
разрушение происходило не по случайным направлениям сжимающих усилий,
а преимущественно по границам минеральных зерен в результате развития на
их границах сдвиговых и растягивающих нагрузок. Методологической основой
разработки новых физических процессов селективной дезинтеграции являются
фундаментальные исследования видных отечественных и зарубежных учёных:
И.Н. Плаксина, В.И. Ревнивцева, В.А. Чантурия, Л.А. Вайсберга,
В.В. Адушкина, Г.Р. Бочкарева, Ю.В. Гуляева, В.А. Черепенина, В.А. Вдовина, А.Т. Ковалева, В.Е. Вигдергауза, С.Д. Викторова, С.А. Гончарова, М.Г. Зильбершмидта, Г.Д. Краснова, В.Г. Кулебакина, В.И. Куреца, Г.Я. Новика, Г.В. Седельниковой, В.И. Соловьева, Л.П. Старчика, В.И. Ростовцева, Э.А. Хопунова, Т.С. Юсупова, П.П. Ананьева, В.П. Бруева, Ф.Ф. Борискова, Ю.П. Вейгельта, Г.С. Крыловой, А.Ф. Усова, А.Б. Хвана, В.А. Цукермана, U. Andres, Е. Forssberg, К.Е. Haque, S.W. Kingman и др.
Для преодоления физической упорности руд и промпродуктов, раскрытия тонковкрапленных минеральных комплексов весьма перспективны немеханические способы энергетического воздействия, применение которых способствуют реализации процесса селективной дезинтеграции геоматериалов с предельно высокими механическими свойствами без излишнего переизмельчения минералов. Большинство из этих методов относятся к так называемым импульсным энерготехнологиям (Pulsed Power), зародившимся в ВПК и находящим в настоящее время применение в горно-перерабатывающей промышленности.
В УРАН ИПКОН РАН, ИРЭ РАН и ЦНИГРИ под руководством академика В.А. Чантурия и академика Ю.В. Гуляева разработана и испытана на упорных
золотосодержащих рудах и промпродуктах различных месторождений высокоэффективная, энергосберегающая и экологически безопасная технология обработки материалов, содержащих благородные металлы, мощными наносекундными электромагнитными импульсами (МЭМИ). Было установлено, что данный вид энергетического воздействия применительно к процессам переработки тонкодисперсного минерального сырья позволяет за счет образования каналов электрического пробоя и микротрещин достичь высокого извлечения ценных компонентов в последующих процессах цианирования золота.
Эффект влияния МЭМИ на процесс дезинтеграции минеральных продуктов изучался в лабораторных условиях на установках, не позволяющих моделировать реальный технологический процесс обработки материала в непрерывном режиме. Для создания укрупненных установок полупромышленного типа и достижения максимальных технологических показателей при минимальных энергозатратах требовалось научное обоснование механизма и основных электрофизических и технологических параметров воздействия на тонкодисперсное минеральное сырье, обеспечивающих надежную работу установки в непрерывном режиме при заданной производительности, что является актуальной научной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение. Механизмы воздействия МЭМИ на природные минеральные среды не имели достаточного теоретического обоснования и, поэтому, не раскрывали причин высокой эффективности процесса дезинтеграции. Решению данной проблемы посвящена диссертационная работа.
Цель работы - развитие теории селективной дезинтеграции тонкодисперсных минеральных комплексов при воздействии мощных наносекундных электромагнитных импульсов, научное обоснование механизмов дезинтеграции и разработка на этой основе высокоэффективного метода вскрытия микро- и наночастиц благородных металлов с последующим их извлечением из упорных руд и продуктов обогащения в процессах обогащения и гидрометаллургии.
Идея работы. Возможность применения мощных наносекундных электромагнитных импульсных излучений для создания каналов пробоя и микротрещин в минеральных сростках различной природы без теплового нагрева вещества и при эффективном использовании энергии.
Основные задачи исследований:
Развитие теории селективной дезинтеграции минералов, научное
обоснование оптимальных физико-технических параметров
электроимпульсной обработки тонкодисперсного минерального сырья и выдача рекомендаций для создания установок непрерывного действия повышенной производительности, в том числе:
анализ нетрадиционных энергетических методов селективного разрушения руд и раскрытия минералов, направленных на достижение наибольшей полноты интергранулярного разрушения минеральных компонентов, вскрытия и извлечения благородных металлов в процессах обогащения и гидрометаллургии, и обоснование преимуществ и эффективности воздействия МЭМИ;
теоретическое изучение механизмов дезинтеграции тонкодисперсных минеральных комплексов, вскрытия микро- и наночастиц благородных металлов при воздействии МЭМИ и разработка научно-методических основ высокоэффективной технологии электроимпульсной обработки минерального сырья;
экспериментальное изучение влияния МЭМИ на электрофизические, механические, физико-химические, технологические свойства и состояние поверхности железосодержащих сульфидов, упорных руд благородных металлов и промпродуктов;
-установление возможностей и обоснование оптимальных режимов электроимпульсной обработки тонкодисперсного благороднометального минерального сырья с целью селективного раскрытия сростков и повышения извлечения микро- и наночастиц благородных металлов в процессах обогащения и гидрометаллургии;
- разработка рекомендаций для создания опытной экспериментальной
установки и ее апробация при переработке золото- и платиносодержащих руд и
продуктов их обогащения.
Объектами исследований являлись упорные прожилково-вкрапленные руды золото-сульфидных и золото-сульфидно-кварцевых месторождений в углеродисто-терригенных толщах и концентраты, вкрапленная медно-никелевая руда и пирротиновые Mill -содержащие промпродукты Норильского промышленного района (НИР), отдельные минеральные зерна и кристаллы, отобранные из руд и продуктов их обогащения.
Методы исследований. Методы математического моделирования процесса дезинтеграции минеральных комплексов при воздействии МЭМИ; методы изучения вещественного состава, структуры и свойств минералов: растровая электронная микроскопия (РЭМ, микроскоп LEO 1420VP), рентгеноспектральный микроанализ с электронным зондом (РСМА, энергодисперсионный спектрометр INCA Oxford 350), оптическая микроскопия (ОМ, микроскоп Olympus ВХ51) и оптико-микроскопический анализ, рентгенофазовый анализ (дифрактометр Rigaku D/MAX-2200), методы измерения электрофизических свойств (электропроводности и термоэлектродвижущей силы) минералов, микротвердометрия (ПМТ-ЗМ), инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНАА), масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС); методы математической статистики для обработки результатов исследований.
-
Технологические и энергетические преимущества воздействия МЭМИ на процесс дезинтеграции упорных золото-сульфидных и вкрапленных медно-никелевых руд и промпродуктов в сравнении с другими нетрадиционными энергетическими методами заключаются в достижении наибольшей полноты интергранулярного разрушения минеральных компонентов, вскрытия микро-и наночастиц благородных металлов и, как следствие, максимального повышения их извлечения при наименьших затратах электроэнергии.
-
При воздействии МЭМИ эффективное разупрочнение тонко дисперсных минеральных комплексов и селективное раскрытие сростков достигается вследствие реализации механизмов следующих процессов:
образования каналов электрических пробоев матрицы минерала-хозяина и формирования зон наведенной трещиноватости вокруг каналов по мере их роста в минеральной среде;
растрескивания минеральных агрегатов по причине возникновения термомеханических напряжений на границах срастания минеральных компонентов с различными тепло- и электрофизическими свойствами при локальном импульсном нагреве;
поглощения энергии импульсного электромагнитного излучения частицами благородных металлов и полупроводниковыми сульфидными минералами-носителями (скин-эффект) и в процессе автоэлектронной эмиссии с поверхности сульфидов.
3. Концентрация и эффективное выделение энергии МЭМИ в
электрических разрядах вызывает изменения состояния поверхности,
электрофизических и механических свойств сульфидных минералов (пирита,
арсенопирита и халькопирита):
появление на поверхности минералов зон прорастания каналов нарушения сплошности в виде эрозионных очагов (фигур) пробоя и трещин, в местах локализации которых наблюдаются новообразования оксидов железа и элементной серы;
снижение удельного сопротивления на 30-70 %, коэффициента ТЭДС -—25 % и микротвердости - 5-20 % сульфидов в зависимости от интенсивности импульсного воздействия и формы импульсов.
4. Интенсификация процессов вскрытия тонко дисперсных минеральных
комплексов благородных металлов и извлечения микро- и наночастиц золота и
серебра при предварительном воздействии МЭМИ и последующем
цианировании упорных золото-сульфидных руд и промпродуктов; золота и
Mill - при последующем минимальном механическом измельчении и
гравитационном обогащении вкрапленных платиносодержащих продуктов, а
также процесса бактериально-химического окисления железосодержащих
сульфидов достигается вследствие образования каналов электрического
пробоя, микротрещин и селективного раскрытия сростков при незначительном изменении ситовых характеристик представительных проб.
5. Методический подход к созданию высокоэффективной,
энергосберегающей технологии рудоподготовки и опытной
полупромышленной установки по воздействию МЭМИ на тонкодисперсное минеральное сырье основан на анализе зависимости технологических параметров извлечения благородных металлов в процессах цианирования и гравитационного обогащения от электрофизических и технологических параметров импульсной обработки, вещественного, гранулометрического состава и влажности исходных продуктов.
Научная новизна работы заключается в развитии теории селективного разрушения минералов и выявлении следующих механизмов дезинтеграции тонкодисперсных минеральных комплексов при воздействии МЭМИ:
разупрочнение минералов вследствие электрических пробоев матрицы минерала-хозяина с образованием каналов пробоя и формированием зон наведенной трещиноватости в минеральной среде;
дезинтеграция минеральных агрегатов вследствие возникновения термомеханических напряжений на границах срастания компонентов с различными тепло- и электрофизическими свойствами при локальном импульсном нагреве;
поглощение энергии импульсного электромагнитного излучения субмикроскопическими и ультрадисперсными (наноразмерными) частицами тонковкрапленных благородных металлов (скин-эффект) и в процессе автоэлектронной эмиссии с поверхности частиц полупроводниковых сульфидных минералов.
Впервые показано, что концентрация и эффективное выделение энергии МЭМИ приводит к развитию каналов электрического пробоя, появлению микротрещин и поверхностных новообразований.
Получены новые экспериментальные данные о влиянии МЭМИ на комплекс электрофизических, механических, физико-химических и технологических свойств сульфидных минералов (пирита, арсенопирита), руд и промпродуктов различного вещественного состава, подтверждающие развиваемые теоретические представления:
- снижение удельного сопротивления, коэффициента ТЭДС и
микротвердости сульфидов в местах локализации электрических пробоев;
-увеличение извлечения золота и серебра при цианировании упорных золотосодержащих руд и промпродуктов при относительно незначительном изменении ситовых характеристик представительных проб за счет образования каналов пробоя и микротрещин.
Впервые экспериментально установлен эффект синергетического влияния наносекундных МЭМИ и поровой влаги на процесс вскрытия упорного
золотосодержащего минерального сырья: из-за наличия поровой (кристаллической) влаги в минералах и при наложении электрического поля возникает пондеромоторный эффект движения воды из объема минерала к поверхности, которая расклинивает микротрещины и очищает каналы пробоя от микрочастиц (эффект «пылесоса»). Электроимпульсная обработка влажного материала интенсифицирует процесс раскрытия сростков и в зависимости от вида сырья обеспечивает прирост извлечения благородных металлов от 2 до 40 % при снижении расхода энергии.
Впервые экспериментально установлен эффект интенсификации процесса бактериального выщелачивания сульфидных минералов за счет предварительного воздействия МЭМИ, приводящего к дезинтеграции частиц пирита с их дальнейшим разукрупнением и вскрытием минеральной матрицы при последующей биообработке в среде при Т:Ж=1:5, состоящей из аутотрофных тионовых бактерий (Acidithiobacillus thiooxidans, Acidithiobacillus ferrooxidans и Leptospirillum ferrooxidans), вьщеленных из золото-сульфидной руды. После воздействия МЭМИ в процессе биообработки наблюдалось снижение рН и рост Eh раствора, а концентрация ионов железа в растворе и скорость окисления пирита существенно превосходили значения, полученные в экспериментах по бактериальному выщелачиванию без предварительного энергетического воздействия.
Достоверность результатов работы обоснована корректностью поставленных задач, непротиворечивостью полученных результатов и выводов; проверкой теоретических положений и новых решений результатами экспериментальных исследований; соответствием теоретических результатов и выводов об особенностях механизмов дезинтеграции минеральных комплексах при импульсном воздействии экспериментальным данным, полученным на материалах различного вещественного состава; способностью прогнозирования эффективности наносекундного импульсного воздействия на тонкодисперсное минеральное сырье с целью повышения извлечения ценных компонентов в процессах обогащения и гидрометаллургии; применением методов математической статистики для обработки полученных экспериментальных данных.
Личный вклад автора состоит в развитии основной идеи, постановке целей и задач, создании теоретических основ воздействия МЭМИ на тонкодисперсное минеральное сырье, разработке методик и участии в проведении экспериментальных исследований по изучению механизмов дезинтеграции минеральных комплексов, анализе и обобщении полученных результатов и обосновании выводов.
Научное значение работы заключается в развитии теории селективной дезинтеграции природных минеральных сред при воздействии мощных наносекундных электромагнитных импульсов. На основе анализа основных
технологических эффектов и уровня энергозатрат при различных видах энергетических воздействий на минеральные комплексы и суспензии, проведенного с участием автора, впервые теоретически обоснованы и экспериментально изучены механизмы дезинтеграции тонкодисперсного минерального сырья при воздействии МЭМИ и разработаны базовые теоретические модели процесса дезинтеграции.
Практическое значение работы. Для рассмотренных механизмов процесса селективной дезинтеграции минеральных комплексов впервые выявлены основные факторы (электрофизические параметры импульсов, крупность частиц минерального сырья и тонкодисперсных частиц благородных металлов, влажность материала и др.), обуславливающие эффективность процесса дезинтеграции минеральных комплексов при воздействии МЭМИ, анализ которых позволил установить следующие оптимальные параметры и условия электроимпульсной обработки:
напряженность электрической компоненты поля импульса с коротким (Гф ~ 1 не) фронтом и длительностью (ги ~ 1-50 не) сравнима или превосходит электрическую прочность минерального вещества в статическом поле (Е > Еир ~ 107 В/м), энергия в импульсе 0,1-1,0 Дж, частота следования импульсов 10-Ю3 Гц.
максимальное раскрытие минеральных сростков при электроимпульсном воздействии с установленными параметрами следует ожидать для минеральных частиц крупностью не менее 300-100 мкм, причем эффект создания каналов пробоя и селективной дезинтеграции возрастает при обработке влажных продуктов (Т:Ж от 5:1 до 3:1) и наличии зародышевых трещин.
Получены экспериментальные результаты, свидетельствующие о высокой эффективности предварительной импульсной обработки упорных золотосодержащих руд и продуктов их обогащения и вкрапленных платиносодержащих продуктов обогащения Норильской ОФ (НОФ):
прирост извлечения золота при цианировании составил: из упорных руд на 4-12 %, из концентратов (гравитационных - на 10-30 %, флотационных -5-45 %), из хвостов ОФ - на 30-80 %; прирост извлечения серебра из упорного гравитационного концентрата составил 47 % при существенном снижении расхода энергии на предварительное измельчение материала;
максимальный прирост извлечения Mill и золота в результате предварительного кратковременного (15 мин) механического измельчения и гравитационного обогащения в концентраторе «Knelson» из материала песковой фракции отвальных хвостов НОФ составил: Pt - 67 %, Pd - 52,2 %; Au - 74,7 %, а из материала первичного гравитационного концентрата рудного цикла НОФ - Pt - 5,44 %, Pd - 5,9 %, Au - 4,3 % при существенном
повышении качества готовых продуктов, оцениваемого по коэффициенту концентрирования металла.
Реализация результатов исследований. Разработаны исходные данные и создан модульный стендовый образец установки для обработки МЭМИ минеральных продуктов производительностью —20 кг/ч с целью интенсификации процесса вскрытия и извлечения ценных компонентов, позволяющий в лабораторных условиях в режиме непрерывной подачи материала моделировать технологический процесс рудоподготовки и отрабатывать оптимальные электрофизические параметры и условия электроимпульсного воздействия в зависимости от вещественного состава, крупности, влажности и других характеристик минерального сырья.
Получены патенты РФ: на способ переработки материалов, содержащих благородные металлы (№ 2139142 и № 2176558); на комбинированный способ переработки упорного золотосодержащего сырья (№ 2226560) и на способ обогащения цеолитсодержащих пород (№ 2264865).
Полученные результаты и научные выводы работы были использованы при разработке технического задания на проектирование модульной установки производительностью до 100-300 кг/ч по дезинтеграции вкрапленных платиносодержащих продуктов обогащения медно-никелевых руд НПР. Совместно с ОАО ЗФ «ГМК «Норильский никель» проведены укрупненные испытания на опытном образце экспериментального модульного стенда по воздействию МЭМИ на минеральное сырье, позволившие подтвердить эффективность предварительной электроимпульсной обработки: извлечение Mill при флотации повысилось на 3 % - 8 %.
Апробация работы. Основные выводы работы и результаты исследований доложены на Научных семинарах УРАН ИПКОН РАН и более чем на 40 международных и всероссийских научных конференциях: международных совещаниях «Плаксинские чтения» (2000 - 2008 гг), конгрессах обогатителей стран СНГ (Москва, 2001, 2003, 2005, 2007 гг), научных симпозиумах «Неделя горняка» (2002, 2004 - 2008 гг), I международной конференции молодых ученых и специалистов (Москва, ИПКОН РАН, 2002г), VI международной научной конференции «Физические проблемы разрушения горных пород» (Москва, ИПКОН РАН, 2005г), II всероссийском симпозиуме «Золото Сибири» (Красноярск, 2001г), международной конференции «Экология Северных территорий России» (Архангельск, 2002г), Всероссийском симпозиуме «Геология, генезис и вопросы освоения комплексных месторождений благородных металлов» (Москва, ИГЕМ РАН, 2002г), II всероссийской научной конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий» (Томск, ТПУ, 2002г), международных симпозиумах «Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах» (Сочи-Лоо, 2003 - 2008 гг), Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в металлургии, химии, обогащении и экологии» (Санкт-
Петербург, 2004г); XXII, XXIII и XIV международных конгрессах по обогащению полезных ископаемых (2003, 2006, 2008 гг), XII Балканском конгрессе по обогащению полезных ископаемых (2007г), международной конференции по математическому моделированию (Сингапур, 2004г), II международном конгрессе по нанотехнологиям (США, Сан-Франциско, 2005г); международных конгрессах «Минералы, металлы, материалы», TMS (США, 2006, 2007 гг) и на других научных конференциях.
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 130 научных работ, в том числе монография, в рекомендованных ВАК РФ изданиях - 25, получено 4 патента РФ на изобретение.
Структура и объём работы. Диссертации состоит из введения, пяти разделов, заключения и выводов, списка использованных источников из 510 наименований, 3 приложений и содержит 428 страниц машинописного текста, 84 рисунков в основном тексте и 2 в приложении, и 52 таблиц.
Автор глубоко признателен академику РАН, докт. техн. наук, проф. В.А. Чантурия за постоянную поддержку и консультации на протяжении всей работы.
Автор выражает благодарность Д.П. Вельскому (ООО НИИ «ФОН», г.Рязань), канд. физ.-мат. наук В.А. Вдовину (ИРЭ РАН), канд. физ.-мат. наук А.Т. Ковалеву, канд. геол.-минер. наук Е.В. Копорулиной и канд. техн. наук В.Д. Лунину за плодотворную совместную работу, коллективу обогатителей НЛО ГМОИЦ ОАО ЗФ «ГМК «Норильский никель» за оказанную помощь при проведении исследований в условиях Научной лаборатории обогащения ГМОИЦ.
Использование энергии ускоренных электронов в процессах обогащения полиметаллических руд
В настоящее время основой технологии извлечения благородных металлов из золотых и серебряных руд является цианистый процесс [36, 186-188]. Процесс выщелачивания золота цианидами (2Аи + 4NaCN + 1/202 - 2NaAu(CN)2 + 2NaOH) существует более 80 лет; технология цианирования хорошо отработана, растворитель селективен, эффективен при низкой концентрации (0,1-0,5 г/л), характеризуется небольшими расходами (1,5-2,5 кг/т), относительно легко разлагается до CNO и NO . В настоящее время цианируется 90 % руд, доля золота, полученного цианированием, достигает 85 %.
Однако, существуют так называемые технологически упорные руды, цианирование которых либо вообще невозможно, либо характеризуется низкими показателями извлечения благородных металлов. Проблема рационального использования упорных руд золота и серебра не знает территориальных границ и значимость ее (в связи с истощением сырьевой базой россыпного золота [294]) с каждым годом постоянно возрастает [303].
К основным факторам, характеризующим упорность золотосодержащих руд и продуктов их обогащения, следует отнести наличие в них [186, 302, 378]: - субмикроскопического золота с размерами частиц от сотых до первых десятых долей микрометра, связанного, главным образом, с пиритом, арсенопиритом и пирротином; - антимонита, теллуридов; -растворимых в цианиде минералов, сорбционно-активного органического углерода, глинистых компонентов; - первичных пленок гидратированных окислов железа на золотинах; - повышенного содержания мышьяка ( 2 %) в концентратах, что делает их непригодными к переработке плавкой на заводах цветной металлургии.
В России ведущая роль в решении проблемы переработки упорных золотосодержащих руд принадлежит институтам ФГУП «ЦНИГРИ» [222] и ОАО «Иргиредмет» [186-188].
Главную проблему для золотодобывающей промышленности представляют руды и концентраты, в которых носителями тонковкрапленного золота и серебра являются пирит и арсенопирит, т.е. в основном пиритные и мышьяково-пиритные руды. По экспертным оценкам доля указанных руд составляет более 40 % мировых запасов золота в недрах [186].
В зарубежной, а также отечественной практике подобные руды перерабатывают по гравитационно-флотационным схемам с последующим применением цианистого процесса выщелачивания благородных металлов после предварительного механического измельчения минерального сырья (тонкий или сверхтонкий помол), биогидрометаллургического (бактериального), термохимического, автоклавного, электрохимического вскрытия золотосодержащих сульфидов.
Практика обогащения вкрапленных медно-никелевых руд свидетельствует о том, что значительные потери благородных металлов (золота и МПГ) обусловлены их концентрацией в циркулирующих продуктах циклов измельчения и классификации, вызывающих переизмельчение минералов драгоценных металлов с образованием шламов, а также низкой флотируемостью этих минералов, причем основная доля потерь приходится на тонкие классы и на относительно крупные (нефлотируемые) зерна [400]. Согласно минералогическим исследованиям («Гипроникель», «Оутокумпу»), потери минеральной формы платины с отвальными хвостами обогащения обусловлены наличием тонких зерен размером 2-10 мкм, заключенных в матрицах сульфидных и силикатных минералов. Это существенно снижает средний удельный вес частицы-сростка и полностью делает недоступной его поверхность для сорбции реагентов-собирателей, а эффективность улавливания подобных частиц-сростков гравитационным методом также весьма мала.
Важно особо отметить, что процесс предварительной подготовки материала, включающий его измельчение и вскрытие тонкодисперсных минеральных комплексов имеет первостепенное значение для достижения максимально высокого извлечения благородных металлов из упорного минерального сырья. Стоимость вспомогательных и различных подготовительных технологических операций, как правило, значительно превышает стоимость последующих гидрометаллургических, гравитационных и флотационных процессов. Особенно это касается руд, сочетающих в себе не один, а несколько признаков упорности.
В этих условиях назрела острая необходимость изыскания новых экологически безопасных и энергосберегающих методов вскрытия минеральных комплексов, содержащих микро- и наночастицы благородных металлов.
В процессах обогащения полезных ископаемых основная роль дезинтеграции заключается в полном раскрытии минеральных сростков с образованием свободных зерен компонентов для последующего их разделения по физическим и физико-химическим характеристикам. Физический смысл перехода к селективной дезинтеграции заключается в организации процесса таким образом, чтобы разрушение происходило не по случайным направлениям сжимающих усилий, а преимущественно по границам минеральных зерен в результате развития на их границах сдвиговых и растягивающих нагрузок.
К основным принципам рационализации процесса селективного разрушения [267] относятся следующие положения [69, 70]:
1. Обеспечение условий всестороннего объемного сжатия частиц измельчаемого материала;
2. Комбинированное нагружение кусков руды (с элементами сдвига, изгиба, кручения и, желательно, растяжения), обеспечивающее возникновение механических напряжений на границах кристаллов;
3. Достижение необходимого уровня энергетического воздействия, приводящего к накоплению необратимых деформаций по границам зерен каждого куска минерала;
4. Снижение потерь энергии на пластическую деформацию (высокая частота и скорость нагружения для тонковкрапленной руды);
5. Относительная подвижность и переориентация частиц руды в промежутках между циклами нагружения;
6. Ограничения максимального и минимального уровней усилий, необходимых для создания стартовых напряжений, вызывающих развитие микротрещин в макротрещину;
7. Оптимизация соотношения сжимающих и комбинированных видов нагружения и их параметров в зависимости от типа измельчаемого материала.
Эти принципы реализуются в мельницах динамического самоизмельчения, конусных виброинерционных дробилках [71], газоструйных, пружинных мельницах для сверхтонкого измельчения (АО «Механобр») и валковых мельницах высокого давления (роллер-прессах) [163,291], обеспечивающих энерго- и ресурсосбережение, повышенное извлечение полезных компонентов и получение продуктов высокого качества.
Для достижения максимальной полноты раскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов благородных металлов весьма перспективными являются немеханические способы энергетического воздействия, применение которых способствуют реализации процесса селективной дезинтеграции минералов по межфазным границам за счет образования микротрещин и каналов пробоя, причем без излишнего переизмельчения кристаллитов, и, следовательно, с минимальными энергозатратами. Для оценки перспектив использования различных энергетических (немеханических) воздействий в процессах рудоподготовки в УРАН ИПКОН РАН при участии автора впервые проведен анализ известных нетрадиционных энергетических методов обработки минерального сырья, направленных на повышение эффективности процессов дезинтеграции минеральных комплексов, вскрытия сульфидов (пирита, арсенопирита), кварца и извлечения микро- и наночастиц благородных металлов в последующих гравитационных, флотационных и гидрометаллургических процессах.
В таблице 1.1 приведены основные технологические эффекты, а также показан уровень энергозатрат при различных видах энергетических воздействий на минеральные комплексы и суспензии по результатам исследований, проведенных в последние 20-25 лет в России и за рубежом [52-54, 277, 311, 351, 352, 379, 413, 414, 419, 426, 427].
О моделях электрического пробоя твердых тел различной природы
Природная минеральная среда представляет собой сложную композицию (смесь) естественных диэлектриков, полупроводников и благородных металлов. В неравновесных условиях, обусловленных воздействием на среду электромагнитного поля большой напряженности, предположительно, можно ожидать проявления специфики ее поведения, выражающуюся в развитии различного рода неустоичивостеи, нелинейных эффектов, самоорганизации структур диссипативного типа и пр. [130,209,218,379,467]. К наиболее вероятным физическим и физико-химическим процессам, развивающимся в данной системе, следует отнести процесс электрического пробоя минерального вещества, механическое разрушение минеральной матрицы, рост хрупких микротрещин, проявление микропластических нестабильностей, аморфизация вещества, развитие самораспространяющихся плазмо-химических реакций в каналах пробоя и вершинах распространяющихся микротрещин, а также структурные фазовые превращения на поверхности и в приповерхностных слоях минералов, окисление поверхности сульфидов, разупрочнение или упрочнение поверхности, возникновение и перераспределение внутренних механических напряжений и другие эффекты [328-331].
До настоящего времени физика электрического пробоя изучалась преимущественно применительно к диэлектрическим материалам. Несмотря на многочисленные экспериментальные данные, до сих пор не установлены надежные закономерности, в полной мере охватывающие явление пробоя твердых диэлектриков, на основании которых можно было бы построить теорию пробоя [89,202,271]. В большинстве случаев эксперименты проводились либо на образцах случайного состава и неизвестной структуры, либо - простых веществ и кристаллов щелочно-галоидных солей (бинарных соединений типа АтВт), либо в несопоставимых условиях экспериментов.
Механизм пробоя твердых диэлектриков до сих пор до конца не ясен [202], хотя наиболее вероятно данный процесс связан с ударной ионизацией электронами [437, 162]. Полученные теоретические результаты позволяют определять условия, при которых электроны могут ускориться в твердом диэлектрике, произвести ударную ионизацию и вызвать увеличение тока. Это и отождествляется с пробоем. Помимо механизма ударной ионизации электронами электрический пробой в твердых диэлектриках в сильных полях контролируется следующими физическими процессами [89,90,271]: (1) ударной ионизацией ионами (А.Ф. Иоффе); (2) разрывом кристаллической решетки электрическим полем (гипотеза Роговского, обоснована для очень коротких импульсов ( 10 9сек) [92]); (3) для диэлектриков с малой шириной запрещенной зоны - электростатической ионизацией и туннельным эффектом в электрическом поле и (4) термической ионизацией.
Для однородных диэлектриков наиболее вероятными физическими процессами электрического пробоя являются: ударная ионизация электронами и механическое разрушение кристаллической решетки электрическим полем при действии коротких импульсов. В этом случае время действия напряжений сравнимо со статистическим временем запаздывания, а электрическая прочность Епр диэлектрика имеет очень высокое значение; механические напряжения в диэлектрике, равные ас=єЕ2пр/%іі, превосходят предел механической прочности. Характерной особенностью импульсного пробоя как щелочно-галоидных кристаллов [78,89,174,271], так и сложных ионных соединений [296] является увеличение пробивного напряжения с укорочением длительности импульса.
Экспериментальные данные об электрическом пробое ионных кристаллов согласуются с гипотезой ударной ионизации электронами.
Во время электрического пробоя помимо механического разрушения кристаллической решетки при определенных условиях происходят плавление, испарение вещества твердого тела, являющиеся следствием пробоя. Теоретические оценки [90] показывают, что электрическая прочность Епр диэлектрика пропорциональна его механической прочности ув при разрыве. Электрическая и механическая прочность твердого тела растет с увеличением его поверхностной энергии, модуля упругости и уменьшается с увеличением параметра решетки. Таким образом, изучение электрических свойств диэлектриков не долоісно развиваться в отрыве от изучения закономерностей изменения других свойств (например, механических (процессов дезинтеграции), оптических, магнитных и др).
В теории пробоя известны подходы к описанию схем образования трещин в кристаллических телах вследствие проявления геометрических эффектов: скопления вакансий, образования каверн, а также вследствие концентрации локальных напряжений, приводящих к скоплению, слиянию и перераспределению дислокации [105, 113]. Для углубления понимания существа этого явления необходимо учитывать влияние кристаллохимического строения твердого тела на процесс его дезинтеграции вследствие электрического пробоя. Так при изучении электрической прочности Епр твердых растворов в процессе пробоя при постоянном напряжении получено изменение Епр по кривой с максимумом для систем твердых растворов. Известны теории электрического пробоя твердых диэлектриков, содержащих примеси [89, 90].
В теории электрического пробоя остались невыясненными два принципиально важных момента [103]: первый связан с вычислением тока пробоя, как функции приложенного электрического поля Е; второй - с установлением аналитической зависимости поля пробоя от параметра структуры твердого тела.
Полупроводниковый кристалл представляет собой сложную динамическую систему, в которой под воздействием сильного внешнего электрического поля или освещения или инжекции тока наблюдаются различные электрические неустойчивости [459]. В состоянии, далеком от термодинамического равновесия, полупроводник обнаруживает существенно нелинейное поведение: наблюдаются значительные отклонения от линейного соотношения между током и напряжением, проявляются неустойчивости, как, например, токовый пробой (срыв тока), спонтанные колебания и скачки тока и/или напряжения, переключение методу проводящими и непроводящими состояниями и гистерезис в вольт-амперной характеристике [459].
Классические модели электрического пробоя подробно описаны в обзорах и фундаментальных монографиях [271]. Модели пробоя гетерогенных сред (преимущественно диэлектриков), предложенные за последние 10-15 лет, подразделяются на континуальные и дискретные модели; в свою очередь дискретные модели можно классифицировать как стохастические и детерминированные модели [457]. Модели пробоя диэлектриков (DBM - dielectric breakdown models [453]) при соответствующих модификациях могут быть использованы для описания процесса электрического пробоя в токопроводящих материалах. В ряде работ были предприняты попытки описания процесса пробоя диэлектриков методами статистической механики [462].
В последующих разделах диссертационной работы представлены результаты теоретических исследований механизмов процесса дезинтеграции минеральных сред при воздействии наносекундных МЭМИ. Ниже рассматриваются так называемые «базовые» теоретические модели процесса селективной дезинтеграции минеральных комплексов при воздействии МЭМИ, а именно: - разупрочнение минеральных агрегатов вследствие электрических пробоев матрицы минерала-хозяина; - возникновение термомеханических напряжений на границе компонентов минерального комплекса с различными тепло- и электрофизическими свойствами и - поглощение электромагнитной энергии наноразмерными частицами благородных металлов вследствие скин-эффекта
Минерал-диэлектрик, содержащий микрочастицы благородных металлов
Зависимость плотности тока разряда между частицами, ja, показана на рис. 2.26 для частиц с проводимостью 1 См/м (слева) и 0,1 См/м (справа).
В случае т0 = 1 См/м поле быстро концентрируется на границах частиц. Последовательность разрядов перекрывает весь промежуток между электродами за время 5-7 не. Различия в плотности установившегося тока разряда обусловлены заданным разбросом площади поверхности эмиссии. После перекрытия промежутка напряженность поля внутри частиц близка к начальной ( 107 FJ/м), а плотность тока 107 А/м2.
В случае меньшей проводимости, т0 =0,1 См/м, полное перекрытие промежутка происходит за время порядка 30 не, а установившийся ток внутри частиц уменьшается до 106А/м2. В обоих случаях средний нагрев минеральной частицы за один импульс - порядка или менее 0,1 К, что свидетельствует о высокой степени концентрации энергии в малых областях контакта между минеральными частицами и о нетепловом характере воздействия МЭМИ на образец в целом.
Таким образом, в сквозных разрядах в плотном слое частиц пирита меэюду электродами источника импульсного высоковольтного напряжения происходит концентрация энергии в малых областях контакта между частицами. Это сопровождаются сильным локальным нагревом, плавлением и испарением вещества в области контакта.
Термомеханические напряжения, возникающие при этом, локализованы и невелики (до 10-30 МПа, раздел 2.2.4, [326]) по сравнению с теоретической прочностью вещества. Однако при многократном воздействии они достаточны для возникновения и развития микротрещин по границам компонентов минерального комплекса, приводящих к нарушению сплошности минерального вещества [326,379]. Кроме этого сквозные разряды обеспечивают поддержание больших значений напряженности электрического поля и плотности тока внутри самих частиц не только на фронте импульса, но и в течение всего импульса напряжения.
Увеличение размера частиц увеличивает вероятность взрывной эмиссии электронов [50,200-202,204], поскольку в этом случае пропорционально площади поперечного сечения частиц увеличивается емкость источника тока (т.е., при Ss/Sa»l ja/js»l)- При этом возрастает степень локального нагрева области эмиссии, увеличивается объем испаренной массы и размер локальных повреждений, связанных с термическими напряжениями. Накопление повреждений при многократном воздействии МЭМИ способствует раскрытию полезных компонентов, содержащихся в сульфидных минералах (микро- и наночастиц благородных металлов), и облегчает их извлечение в последующих технологических процессах.
При уменьшении размера частиц, начиная с некоторого размера ( 100мкм), взрывная эмиссия становится невозможной. Однако и в этом случае происходит воздействие на поверхность частиц, как эмиссионными электронами, так и вторичными ионами, выбитыми эмиссионными электронами с противоположной поверхности [345].
Выше предполагалось, что ток в полупроводниковой частице (js) равномерен по ее сечению. Наличие локальной (узкой) области стока на поверхности минеральной частицы, характеризующейся сильной пространственной неоднородностью тока вблизи контактов с соседними частицами, совместно с неоднородностями ее структуры и состава облегчает контракцию тока внутри частицы по механизму теплового или магнітотеплового пинча (раздел 2.2.3) и, следовательно, приводит к формированию не только поверхностных, но и объемных дефектов в виде каналов электрического пробоя (рис. 2.1) с выходом на поверхность в области контактов частиц (рис. 2.20 б).
Предварительные оценки и экспериментальные результаты [64-66, 317, 318, 320-325, 340, 343, 344, 355, 365, 372, 421, 425] показывают, что развитие автоэмиссионных процессов может быть одной из главных причин структурных изменений и химических превращений, приводящих к модификации поверхности сульфидов, при нетепловом воздействии мощных электромагнитных импульсов.
1. Сформулирована феноменологическая модель процесса воздействия мощных наносекундных электромагнитных импульсов на тонкодисперсные минеральные среды, и определены основные параметры электроимпульсного воздействия, обеспечивающие эффективность дезинтеграции минеральных комплексов благородных металлов: тип импульса - видео- или радиоимпульс, напряженность электрической компоненты поля не менее 107В/м, длительность переднего фронта импульса 1—2 нс, длительность импульса - не более 50 не, частота следования импульсов 10 — 103 Гц.
Эффективное разупрочнение минерального комплекса произойдет, если энергии импульсного воздействия будет достаточно для сублимации вещества в канале пробоя, а время, за которое она выделяется, будет существенно меньше времени необходимого для теплопередачи и рассеяния тепла в окружающих областях. Если разряд поддерживается и дальше, выделяющееся тепло начнет перераспределяться по объему вещества, и вследствие электротеплового пробоя, может привести к таким отрицательным эффектам, как перегрев, спекание частиц и оплавление их поверхности, закрытие образовавшихся микроповреждений, что в дальнейшем затруднит доступ выщелачивающего раствора внутрь частиц к ценным компонентам.
2. Разработаны базовые теоретические модели и вскрыты механизмы процесса дезинтеграции тонкодисперсных минеральных комплексов при наносекундном импульсном воздействии: заключенными в диэлектрическую или полупроводящую минеральную среду, вследствие проявления скин-эффекта. Размер области трещин, образующихся в минеральной матрице вследствие (контрастного) локального нагрева, порядка размера металлических включений.
3. Общим признаком для рассмотренных механизмов дезинтеграции является условие ограничения на минимальный размер (0,1-1,0 мм) частицы минерала-хозяина (сульфида, кварца), подвергаемой воздействию МЭМИ с амплитудой напряженности электрической компоненты поля более (0,5 1,0)-107В/м, и на размеры ( 10нм) включений благородных металлов, определяющее эффективность импульсного воздействия. Максимальный эффект достигается при размерах минерального комплекса от 100 мкм до 1 2 мм, размерах частиц благородных металлов 1+10 (100) нм, времени длительности импульса 10"9-Н0"10сек.
4. Показаны принципиальная возможность реализации и эффективность эмиссионных процессов (автоэмиссии электронов и взрывной электронной эмиссии) с поверхности частиц полупроводниковых сульфидных минералов в условиях концентрации энергии в электрических разрядах между частицами при воздействии МЭМИ. Получены оценки для локального повышения температуры в области эмиссии электронов, fl 10 12 м2, за счет автоэмиссионного тока, ja l0n А/см2, которое для характерных значений электрофизических параметров сульфидов может составить порядка 1000 4000 К. Такой локальный нагрев поверхности частиц сульфидов, может вызывать как нарушение ее сплошности, так и появление наблюдаемых в эксперименте поверхностных новообразований.
Синергетическое влияние мощных электромагнитных импульсов и поровой влаги на вскрытие золотосодержащего сырья
Изучали влияние воздействия МЭМИ, предшествующего биообработке сульфидсодержащих продуктов, на процесс бактериального выщелачивания сульфидов [230,307,319,351,373,379,427]. Исследования проводились совместно с ЛТЭ МИСиС [86], ОАО «Радиотехнический институт им. акад. А.Л. Минца» и УРАН Институт геологии и природопользования ДВО РАН (проект РФФИ № 06-05-96082-р_восток_а).
Материалы исследований, параметры и режимы энергетических и бактериально-химических воздействий
1. Применительно к задачам диссертационной работы изучали влияние МЭМИ длительностью 30 не с коротким передним фронтом и 0,1-107В/м на последующий процесс БВ частиц класса крупности -1 + 0 мм пиритсодержащего (80 % FeS2) гравитационного концентрата, полученного из руды месторождения Каларское (Читинская область). Исследования проводились совместно с сотрудниками ЛТЭ МИСиС.
После обработки МЭМИ образцы концентрата помещали в среду (Т:Ж=1:5), содержащую аутотрофные тионовые бактерии {Acidithiobacillus thiooxidans, Acidithiobacillus ferrooxidans и Leptospirillum ferrooxidans), выделенные из руды одного из сульфидных месторождений. С использованием стандартных методик изучали физико-химические свойства продуктивных растворов: рН, Eh, концентрацию ионов железа Fe2+, Fe3+ в растворах и содержание элементной серы S0 на поверхности частиц пирита. Результаты измерений сравнивали с данными, полученными на образцах, подвергнутых биообработке без предварительной энергетической обработки.
2. В экспериментах, проведенных совместно с Институтом геологии и природопользования ДВО РАН [223-225], изучали влияние МЭМИ (Е 107В/м, диапазон изменения числа импульсов воздействия от 5-Ю3 до 104) на процесс бактериального вскрытия и выщелачивания гравитационного концентрата (-500 мкм) из руды месторождения Кировское (Амурская область, Тындинский район). Минеральный состав пробы: рудные минералы (основные) - арсенопирит 24,6%; пирит 11,5%; магнетит 7,2%; породообразующие минералы (суммарно -50%) — кварц, слюда, полевые шпаты, карбонаты, амфиболы, пироксен. По данным атомно-абсорбционного анализа количество связанного золота в пробе -68-70 г/т; для извлечения золота цианированием концентрат является упорным.
После электроимпульсной обработки пробы концентрата были подвергнуты ферментативно-окислительному воздействию автотрофных бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans, выделенных из высокомышьяковистого золотосодержащего концентрата руды данного месторождения. Штамм бактерий культивировался в среде Сильвермана и Люндгрена в лабораторных условиях (УРАН ИГиП ДВО РАН). Бактериальное окисление осуществляли в течение 120 ч в конических колбах объемом 250 мл в периодическом режиме перемешивания на качалке. Условия процесса биоокисления были следующими: плотность пульпы составляла Т:Ж=1:6; рН среды - 1,8-2,0; температура - 24С; исходная концентрация бактерий - 104КОЕ/мл.
Выщелачивающие растворы и твердые осадки анализировали методами минералогического и атомно-абсорбционного анализа; изменение удельной поверхности (Syfl.) сульфидного продукта определяли по методу тепловой десорбции азота (метод БЭТ). Микроструктуру поверхности исходных проб и образцов после комбинированного воздействия изучали методами растровой электронной микроскопии (РЭМ, микроскоп LEO 1420VP) и рентгеноспектрального микроанализа с электронным зондом (РСМА, энергодисперсионный спектрометр INCA Oxford 350).
Для извлечения золота из упорного концентрата применяли процесс тиокарбамидного выщелачивания (ТКВ) (сернокислый раствор тиомочевины - ТЫО, стандартные условия [186]). Для извлечения золота из упорного концентрата применяли процесс тиокарбамидного выщелачивания (ТКВ) (сернокислый раствор тиомочевины - ThiO, стандартные условия [186]). Процесс выщелачивания с целью извлечения тонкодисперсного золота (экстракция золота сернокислым раствором тиокарбамида) из экспериментальных проб проводили при t = 22C с использованием сернокислого раствора тиомочевины (Т:Ж=1:10). Выщелачивающий раствор содержал (мае. доли): 3 - H2S04, 1 - Fe2(S04)3 и 1 - ThiO; процесс проводили при постоянном перемешивании в течение 360 мин. По окончании процесса выщелачивания раствор отделяли от осадка декантацией; содержание золота в растворе и осадке определяли методом атомно-абсорбционного анализа (спектрофотометр «Hitachi»). Для повышения точности определения содержания золота в осадке пробу, помимо отжига, подвергали воздействию плавиковой кислоты. При такой обработке происходит полное разрушение минеральной матрицы и удаление оксида кремния. По данным УРАН ИГиП ДВО РАН извлечение золота из концентрата крупностью -0,5 мм в результате тиокарбамидного выщелачивания составило 80,6 полученные в экспериментах по бактериальному выщелачиванию без предварительного электроимпульсного воздействия (рис. 4.7).
В случае предварительного воздействия МЭМИ и последующем БВ получены следующие значения измеряемых физико-химических параметров минеральной пульпы - рН=1,37; Eh=820 мВ; Сре=17,6 г/л. В контрольном эксперименте без предварительного энергетического воздействия указанные параметры достигали следующих значений: рН=2Д8; Eh=690 мВ; Сре=11,6г/л.
Сочетание предварительного воздействия МЭМИ и биообработки в условиях принудительной аэрации (продувки воздухом) дало возможность снизить содержание пирита на 25 % (по сравнению с 13,3 % в контрольном опыте). После обработки МЭМИ в условиях естественной аэрации (механического перемешивания) было выщелочено 7,2 % пирита и лишь 2 % - в контрольном опыте. После воздействия МЭМИ количество элементной серы S0 на поверхности частиц пирита в условиях аэрации существенно повышается: с 12-Ю"2 мг/г (БВ) до 40,6-10"2 мг/г (МЭМИ и БВ) (табл. 4.12).
Таким образом, процесс окисления пирита после воздействия МЭМИ протекал более интенсивно, чем в контрольном опыте — сокращалось время выщелачивания, при котором достигался максимальный уровень разупрочнения (дезинтеграции) минеральных комплексов.
