CC BY
29
перечисленных примесей данный фактор (х^ можно исключить. Ввиду того, что коэффициент детерминации для примесей Си и Сг составил величину, далекую от единицы (при выбранных нами параметрах оптимизации), что означает отсутствие линейной зависимости, то с помощью экспериментальных зависимостей выбирается та, которая дает большее приближение к единице. В случае нелинейной зависимости можно рассмотреть следующие функции: полиноми-
нальные (квадратичную, кубическую, с четвертой, пятой степенью), экспоненциальную. Также возможно использовать логарифмическую функцию при помощи процедуры линеаризации.
Работа выполнена при поддержке проектов № 2.1.2/842, №2.1.2/11036 в рамках аналитической ведомственной целевой программы Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)»
Библиографический список
1. Технология выплавки технического кремния / под ред. О.М. Каткова. Иркутск: ЗАО «Кремний», 1999. 245 с.
2. Попов С.И. Металлургия кремния в трехфазных рудно-термических печах. Иркутск: ЗАО «Кремний», 2004. 237 с.
3. Немчинова Н.В., Клёц В.Э. Кремний: свойства, получение, применение: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. 272 с.
4. Немчинова Н.В. Поведение примесных элементов при производстве и рафинировании кремния: монография. М.: Академия естествознания, 2008. 237 с.
5. Немчинова Н.В. Исследования фазового состава примесей рафинированного металлургического кремния // Вестник ИрГТУ, 2007. № 2 (30). Т.1. С. 30-35.
6. Цымбал В.П. Математическое планирование металлурги-
ческих процессов. М.: Металлургия, 1986. 240 с.
7. Немчинова Н.В., Клёц В.Э. Расширение сферы применения металлургического кремния за счет повышения его качества // Кремний-2009: материалы VI Междунар. конф. и V школы молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе (7-10 июля 2009 г., г. Новосибирск). Новосибирск, 2009. С. 37-38.
8. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высш. школа, 1998. 126 с.
9. Вентцель Е.С. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Высш. школа, 2000. 178 с.
УДК 622.7-17
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЗОЛОТА И ДРУГИХ МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ В ДОЛГОЛЕТНИХ ОТВАЛАХ ЗОЛОТОИЗВЛЕКАТЕЛЬНЫХ ФАБРИК
О.А. Пунишко1, С.В. Катышева2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Обоснована технико-экономическая целесообразность переработки долголетних техногенных отвалов золотоиз-влекательных фабрик. Были сделаны выводы, имеющие научное и практическое значение: при длительном хранении в отвалах происходит появление вторичного(гипергенного) золота, повышается пробность золота, отмечено отсутствие цианистых комплексов золота и серебра. Табл. 2. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: золото; техногенные отвалы; окисление сульфидов; пробность; гипергенное золото.
PHYSICAL AND CHEMICAL TRANSFORMATIONS OF GOLD AND OTHER MINERAL FORMATIONS IN LONGSTANDING DUMPS OF GOLD CONCENTRATION PLANTS O.A. Punishko, S.V. Katysheva
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The technical and economic advisability to recycle longstanding anthropogenic dumps of gold concentration plants is proved. The authors make some conclusions of scientific and practical importance: the emergence of secondary (supergene) gold takes place under durable storage in dumps, the fineness of gold increases. The absence of cyanide complexes of gold and silver has been registered. 2 tables. 3 sources.
Key words: gold; anthropogenic dumps; oxidation of sulfides; fineness (of gold); supergene gold.
1 Пунишко Олег Арнольдович, кандидат технических наук, член-корреспондент Российской академии естественных наук (РАЕН), профессор кафедры металлургии цветных металлов, тел.: (3952) 339313.
Punishko Oleg, Candidate of technical sciences, Corresponding Member of Russian Academy of Natural Sciences (RANS), Professor of the Department of Metallurgy of Nonferrous Metals, tel.: (3952) 339313.
2Катышева София Владимировна, инженер-металлург (металлургия благородных металлов), аспирант, тел.: 89642748224, e-mail: [email protected]
Katysheva Sofia, metallurgical engineer (metallurgy of precious metals), Postgraduate, tel.: 89642748224, e-mail: [email protected]
В последние годы в практике переработки золотосодержащего сырья России обозначилась тенденция к использованию долголетних техногенных отвалов прошлых лет.
Интерес к переработке отвалов вызван прежде всего слабой обеспеченностью действующих предприятий рудным сырьем. Кроме того, зачастую в отвалах сосредоточено значительное количество благородных металлов с содержаниями значительно большими, чем в руде текущей добычи, поскольку запущенные в эксплуатацию в 1940-1950 гг. золотодобывающие предприятия перерабатывали руды с очень высоким, по сравнению с более поздним периодом, содержанием золота в пределах 10 г/т и более. В то же время технология переработки руд была относительно простой, основанной на применении несложных технологических процессов, например, гравитации, амальгамации. Вследствие этого извлечение золота из руд было сравнительно невысоким, что обуславливало получение хвостов, поступающих в хво-стохранилища с высоким содержанием золота. Хвосты, сброшенные в первые годы работы фабрик, сосредоточены в нижних слоях хвостохранилищ, в которых содержание золота оставалось стабильно высоким в пределах 1,6-2,3 г/т. Со временем технология фабрик совершенствовалась, однако содержание золота в поступающих на фабрику рудах стабильно снижалось. При опробовании накопленных отвалов было установлено, что за 30-40 лет работы среднее содержание золота в хвостах приближалось или даже превышало аналогичное в рудах текущей добычи. Это соотношение отмечалось практически для всех опробованных хвостохранилищ. Отдельные хвостохрани-лища по количеству сосредоточенного в них золота (15-20 т) можно было оценивать как отдельные месторождения.
Руды, поступающие на фабрику, по химическому составу относились к категории кварцевых, малосульфидных (содержание серы от 1 до 2%) и сульфидных (с более высоким содержанием серы). Немаловажно отметить, что отвалы расположены в непосредственной близости от перерабатывающих предприятий, подготовлены в гранулометрическом отношении и не требуют больших затрат в их освоении.
На кафедре МЦМ ИрГТУ в течение 15 лет проводились исследования отвалов одиннадцати наиболее крупных золотодобывающих предприятий Сибири, Забайкалья, Якутии.
В частности, были исследованы хвосты Забайкальского предприятия, которые являются огарками после цианирования. На фабрике перерабатывали сульфидно-мышьяковистые руды с получением мы-шьяково-пиритных флотационных концентратов, которые для вскрытия золота и извлечения мышьяка обжигали и цианировали. Отфильтрованные кеки цианирования огарка с влажностью 20% транспортировали в отвал. Отвалы хранятся в сухом виде, имея влажность 5-7%. Опробованием установлено, что содержание благородных металлов в разных точках отвалов и по глубине относительно равномерно. Среднее содержание золота в огарках - 7,8 г/т, серебра - 41,0 г/т.
По количеству благородных металлов огарки значительно богаче руд текущей добычи. За счет разной степени окисления при хранении огарок в разных точках отличается по цвету.
Находясь во влажном состоянии в течение десятилетий, огарки подвергались окислительному воздействию. Образование сильнокислой среды в суль-фидсодержащих отвалах обязано, главным образом, окислению пирита кислородом воздуха, в том числе с участием микроорганизмов.
В общем виде реакцию окисления пирита можно представить как
РеБ2 + 3,502 + Н20 = Ре304 + Н2304.
Образующаяся в отвалах серная кислота начинает растворять другие минералы цветных металлов. За длительный период нахождения отвалов в хвостохра-нилищах за счет незначительной их влажности концентрация растворенных солей и серной кислоты достигает значительных величин, создавая рН=2-3.
Процесс окисления сульфидов связан с разрушением их кристаллической решетки и высвобождением тонкодиспергированного в сульфидах золота. Теоретически при бесконечно длительном хранении отвалов возможно полное растворение сульфидов, в том числе золотосодержащих. Вскрытие золота из сульфидов, покрытого пленками и в сростках, является важнейшим технологическим фактором, способствующим доизвлечению вскрытого золота процессами цианирования, флотации.
В то же время сложный солевой состав жидкой фазы препятствует проведению этих процессов, поскольку при флотационном обогащении в кислых средах ксантогенаты разлагаются с образованием ксанто-геновой кислоты, обладающей меньшим собирательным эффектом, чем ксантогенат. Цианирование кислых пульп сопровождается значительным расходом цианистого натрия из-за присутствия сульфатных солей двухвалентного железа, меди, цинка. Кроме того, кислая среда активно разрушает оборудование в технологических и пульпоподготовительных операциях. Поэтому в производственных условиях необходима промывка огарков от растворимых солей и нейтрализация содой или известью до значения рН 7,5-8,0.
В жидкой фазе хвостовых продуктов всегда присутствуют хлориды. Окислительно-восстановительный потенциал растворов настолько значителен, что соли металлов являются потенциальными растворителями всех сульфидов цветных металлов. Эти растворы обладают растворяющей способностью и для металлического серебра. Трехвалентное железо при высоких концентрациях и длительном воздействии может растворять и золото.
При одновременном присутствии в зоне окисления сульфидных отвалов 2-х и 3-х валентного железа возникает эффект солевого растворения сульфидов или поверхностных образований (пленок) на поверхности золотин. При длительном воздействии эффект солевого растворения сульфидов и других минеральных образований, содержащих золото, может быть весьма значительным.
Важнейшей технологической характеристикой является фазовый состав золота в огарках, представленный в сравнении с данными прежних лет работы Забайкальского предприятия в табл. 1.
ва истирали до минус 0,05 мм с контролем крупности через сито такого же размера. Навеска истертого золота в 150 мг помещалась в 150 мл «маточного» раствора, выделенного из кеков. Навеска приготовленно-
Рациональный состав золота в огарках
Таблица 1
Формы золота Прежние годы 982 г.
г/т % г/т %
свободное 0,4 5,6 1,2 15,4
в сростках 3,0 41,6 5,0 64,1
в пленках 3,0 41,6 0,9 11,5
в сульфидах 0,4 5,6 0,4 5,2
в кварце 0,4 5,6 0,3 3,8
Итого 7,2 100,0 7,8 100,0
Анализ данных показывает, что за многие годы хранения огарков фазовый состав золота претерпел существенные изменения. В отвалах под воздействием кислой среды пленки с поверхности золотин частично растворились; увеличилась доля свободного
го сплава оставалась в контакте с раствором в затемненной колбе в течение 185 суток. Периодически часть золотин отделяли из раствора и определяли их пробность. Результаты исследования приведены в табл. 2.
Изменение пробности золотин при контакте с жидкой фазой кеков
Таблица 2
Продолжительность контакта, сут. Химический состав золотин, % Пробность золотин
золото серебро железо медь
0 65,0 31,0 2,5 1,5 650,0
10 65,0 н. опр. н. опр. н. опр. 650,0
50 65,1 н. опр. н. опр. н. опр. 651,0
80 66,0 30,6 2,0 1,4 660,0
120 67,3 30,0 1,5 1,2 673,0
185 70,6 27,1 1,3 1,0 706,0
золота (до 15,4 %). Недорастворившиеся пленки образовали с золотинами минералы, подобные сросткам (до 64,1%). Золото, ассоциированное с сульфидами, также частично вскрылось под действием кислой среды.
На другом предприятии микрохимическим анализом было установлено, что свободное золото, выделенное из отвалов, существенно отличается по пробности от золота в исходных рудах. Выделенные из отвалов после более чем 40-летнего хранения свободные золотины имели пробность выше, т.е. происходило выщелачивание примесей, главным образом, серебра, железа, несколько меньше меди.
Растворяющими примеси агентами могли выступать серная кислота, тиосульфаты и др. соли, образующиеся в жидкой фазе отвалов.
Для подтверждения факта изменения пробности золота были поставлены опыты по длительному контакту синтетических золотин, близких по пробности с рудными частицами, с жидкой фазой, выделенной фильтрацией из отвалов. Золотины готовили пробно-сти 650 путем сплавления химически чистых золота, серебра, железа и меди под слоем флюсов в восстановительной атмосфере.
Химический состав синтетических золотин оказался следующим, массовая доля, %: золото - 65; серебро - 31; железо - 2,5; медь - 1,5. Затем королек спла-
Химический состав «маточного» раствора» сле-
дующий, г/м : рН=2,6; Fe
+2
+3= 7975,0; Zn+2=95,0; Pb+2=7,1; S04-2=27100; CN-, CNS- не обнаружено.
Из данных табл. 2 следует, что жидкая фаза кеков обладает растворяющим действием по отношению к металлическим примесям, находящимся в составе золотин. При многолетнем контакте золотин с растворами в хвостохранилище примеси растворятся в ещё большей степени. В «маточных» растворах окислительной зоны хвостохранилищ не было отмечено присутствия цианистых комплексов золота и серебра, что объясняется происходящим микробиологическим и окислительным разложением.
Известно участие микроорганизмов в геохимическом цикле миграции, восстановления и концентрирования золота. Суспензионная и коллоидная гипотезы миграции металла основаны на переносе золота в виде мельчайших частиц, находящихся во взвешенном состоянии.
Наиболее объяснимой является гипотеза о миграции золота в виде хлорида. В природных условиях из вод в присутствии в них серной кислоты и хлоридов (в контакте с пиролюзитом) выделяется атмосферный хлор по следующей реакции, которая и приводит к образованию водорастворимого хлорида золота: 2NaCl + 3H2S04 + Mn02 ^2 NaHS04 + + MnS04+ 2а + 2^0.
Серная кислота всегда присутствует в зонах окисления сульфидных продуктов и образуется в результате их химического или микробиологического окисления:
РеБ2 + 3,5 Н2304 + микроорганизмы ^
+ Н20-—-* Ре504 + Н2304
Рев2 + Рв2(804)з ^ 2 РеБ04+ 280 .
микроорганизмы ^ Б + Н20 + 1,502-—-► Н2504.
Зона окисления сульфидных месторождений, особенно отвалов, является наиболее благоприятным полем для миграции золота под влиянием водных растворов сульфатов оксида железа, в котором в присутствии кислорода золото способно растворяться. В процессе микробиологического (тионовыми бактериями) и химического окисления сульфидов помимо сульфатов образуются ионы тиосульфата и политио-
наты, которые также способны растворять благородные металлы.
Миграцию золота можно представить как сумму многократно повторяющихся процессов растворения и движения этого металла в виде истинных и коллоидных растворов, и осаждения его. В результате многократных циклов золото постепенно накапли-вается в зонах, где окисляющие и растворяющие агенты отсутствуют.
Таким образом, можно сделать следующие выводы, имеющие научное и практическое значение при длительном хранении в отвалах:
- происходит появление вторичного (гипергенного) свободного золота в хвостовых продуктах за счет растворения сульфидов, которое может рассматриваться как процесс кислотного и солевого выщелачивания;
- повышение пробности золота вследствие выщелачивания примесей, главным образом, серебра и железа, несколько меньше меди;
- отсутствие растворенных цианистых комплексов золота и серебра в многолетних отвалах ввиду их микробиологического осаждения.
1. Бочаров В.А., Черных С.И., Агафонова Г.С., Херсонская И.И., Лапшина Г.А. Технология извлечения золота, серебра и цветных металлов из отвальных хвостов обогатительных фабрик. М.: Цветная металлургия, 2002.
2. Пунишко О.А., Телегина Л.Е. Современное состояние и перспективы вторичной переработки золотосодержащего
ский список
сырья. М.: Цветмет экономики и информации, 1986. 52 с. 3. Пунишко О.А., Ходжер Д.В. Научно-практические основы формирования отходов золотоизвлекательных фабрик как техногенного сырья и вопросы их переработки: учеб. пособ. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2001. 138 с.
УДК 66.021.3; 66.061.35
МАССООТДАЧА В ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЕ ПРИ ЭКСТРАКЦИИ МЕТАНОЛА ВОДОЙ ИЗ СМЕСИ ЕГО С Н-ГЕКСАНОМ
Д.Н. Ситников , Н.Д. Губанов2, И.А. Семенов3, Б.А. Ульянов4
19
, Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 3,4Ангарская государственная техническая академия, 664835, г Ангарск, ул. Чайковского, 60.
Экспериментально изучена эффективность массообмена при экстракции метанола водой из капель н-гексана при их одиночном всплытии. Получены экспериментальные зависимости изменений коэффициентов массопередачи и массоотдачи в дисперсной фазе по высоте подъема одиночной капли в сплошной фазе. Ил. 4. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: экстракция; массопередача; массообмен; коэффициенты массоотдачи; одиночные капли.
1Ситников Денис Николаевич, аспирант, тел.: (3952) 423158, e-mail: [email protected] Sitnikov Denis, Postgraduate, tel.: (3952) 423158, e-mail: [email protected]
2Губанов Николай Дмитриевич, кандидат технических наук, доцент кафедры химической технологии, тел.: (3952) 405513. Gubanov Nikolay, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Chemical Technology of Fuel, tel.: (3952) 405513.
3Семёнов Иван Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры химической технологии топлива, тел.: (3955) 566789, e-mail: [email protected]
Semenov Ivan, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Chemical Technology of Fuel, tel.: (3955) 566789, e-mail: [email protected]
"Ульянов Борис Александрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой химической технологии топлива, тел.: (3955) 512903.
Ulyanov Boris, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Chemical Technology of Fuel, tel.: (3955) 512903.
