CC BY
51
------------------------------ © В.А Чантурия, М.В. Рязанцева,
И.В. Филиппова, Л.О. Филиппов, 2009
В.А Чантурия, М.В. Рязанцева, И.В. Филиппова,
Л.О. Филиппов
ВЛИЯНИЕ МОЩНЫХ НАНОСЕКУНДНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ (МЭМИ)
НА СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ПИРИТА И АРСЕНОПИРИТА
Исследовано влияние мощных наносекундных электромагнитных импульсов (МЭМИ) на состояние поверхности и флотационные свойства золотоносного пирита арсенопирита Дарасунского месторождения. Использование рентгеновской фотоэлектронной (РФЭС) позволило судить о характере вариаций фазовых составов поверхности, формируемых в результате воздействия электроимпульсной обработки, а также выдвинуть гипотетические суждения о процессах, происходящих под действием высокоимпульсной обработки и выявить возможность повышения селективности флотационного разделения для обработанных минералов.
Ключевые слова: пирит, арсенопирит, окисление, элементная сера, электромагнитные импульсы, селективная флотация.
щ я о мере истощения запасов богатых, крупновкрапленных А А. золотосодержащих руд, в переработку все больше стали вовлекаться тонковкрапленные упорные руды. Практика обогащения такого типа руд, наглядно продемонстрировала экономическую неэффективность применения традиционных схем обогащения золотоносного сырья [1, 2].
В этой ситуации исследователи вынуждены искать новые методы подготовки минерального сырья, которые позволили бы достигнуть технологических показателей приемлемых как с экономической, так и с экологической точек зрения. Приоритетным направлением в этой области является разработка так называемых «комбинированных технологий», базирующихся на направленном изменении технологических свойств минералов [3, 4].
Одним из направлений поиска альтернативных методов подготовки минерального сырья с целью «корректировки» технологических свойств минеральных компонентов являются энергетические воздействия, которые основаны на принципе преобразования энергии в импульсную форму с воздействием на вещество строго дозированных мощных импульсных электрических и магнитных полей,
пучков заряженных частиц, нейтронов и рентгеновских квантов [5, 6, 7].
Перспективным методом направленной модификации свойств минералов при помощи энергетического воздействия является применение мощных наносекундных электромагнитных импульсов (МЭМИ). Экспериментальные исследования позволили установить возможность вскрытия сульфидной матрицы и повышения извлечения наночастиц золота (0.01 - 0.001 мкм) в продуктивные растворы с 15 - 50 до 85 %. Также было установлено, что после наносе-кундной импульсной обработки сульфидных продуктов увеличивается их растворимость, причем скорость растворения возрастает с увеличением дозы обработки [8]. Однако изменение фазового состава и состояния поверхности сульфидов изучены не достаточно, что и предопределило тематику представляемого материала.
В данной публикации представлены результаты исследования влияния электромагнитных импульсных воздействий на состояние поверхности и технологические свойства пирита и арсенопирита.
Методы исследования, использованные в работе - рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, сканирующая электронная микроскопия. Флотационные опыты были проведены на навеске минерала - 1.00 г в лабораторной флотационной машине с объемом камеры 20 мл, расходом бутилового ксантогената калия 10 мг/л, в качестве вспенивателя использовался МИБК (10 мг/л), рН = 6.8 - 7.0. Ошибка опыта не более 5 %.
Характеристика объектов исследования
В качестве объектов исследований использовались образцы золотоносного пирита и арсенопирита (-100+ 50 мкм) месторождения Дарасун (Читинская область, Забайкалье). Обработку минералов МЭМИ осуществляли на лабораторной установке УРАН ИП-КОН РАН серией импульсов в диапазоне изменения числа импульсов (от 0.05 до 1,5- кДж) с наносекундным фронтом и длительностью ~20 нс, напряженностью электрической компоненты поля ~107 В/м и частотой повторения импульсов 100 Гц. Для обработки использовались предварительно увлажненные дистиллированной водой мономинеральные фракции сульфидов (MeS/H2O=10/5). После обработки образцы высушивались и хранились в инертной атмосфере.
Рис. 1. Микрофотография минеральных включений в пирите дарасунского месторождения
Химический анализ пирита, показал следующий состав и содержание примесных элементов: Си (1.5 %), РЬ (0.8 %), As (0.6 %), 2п (0.3 %), Са (0.57%); содержание примесей в арсенопирите значительно ниже: А1 (0.53%), Са (0.18%).
Микроанализ химического состава пробы пирита, выполненный с использованием электронной микроскопии, показал, присутствие включений сульфидов теннантит-тетраэдритовой группы (Си12А^Лз - Cul2Sb4Sl3) со значительными колебаниями соотношения Си, Sb и As в них. Мышьяк в образцах FeS2 связан также с арсенопиритом; РЬ — с галенитом чистым или обогащенным примесями ^Ь, Си, As, Ag) и с бурнонитом CuPbSbS3 (чистым или с примесями As). 2п связан со сфалеритом (ZnS) в ассоциации с блеклой рудой и пиритом. В образцах пирита обнаружены включения минералов висмута и теллура, характерные для золоторудных месторождений: висмутин В^3, тетрадимит В^Те^ и теллуро-висмутит В^Те3 (рис. 1).
Результаты исследований и их обсуждение
РФЭС-анализ поверхности пирита до обработки показал, что ее фазовый состав был представлен нестехиометричным
29
Электронный уровень Химическая связь Энергия связи, эВ. Доза электроимпульсного воздействия, кДж
0 0.05 0.1 0.5 1.0
Ат. %
Fe 2р FeS2 706.85v707.03 27.28 16.42 23.45 29.69 22.42
^Єх^О4)у +F exOy+F еООн 708.23^713.6 72.7 83.58 76.5 70.31 77.08
Feобщее 706.85V713.68 5.59 7.67 6.03 6.36 6.34
ОЬ FexOy 529.22v530.13 11.63 22.31 18.54 12.43 14.48
FeOOH 531.32v531.76 55.71 53.51 60.46 82.89 76.59
Н2Оповерхностная 532.50v534.10 12.82 24.18 21.00 4.68 9.23
Ообщий1 529.22v534.10 32.63 47.09 46.69 40.61 46.07
<
0 0,05 0,1 0,5 1
Поглощенная энергия, кДж.
Рис. 2. Влияние электроимпульсного воздействия на концентрацию элементной серы на поверхности пирита
железодефицитным сульфидом Fe1-xS2-y (х > у) разных пропорций, ок-сидно-гидроксидной смесью состава ^ехОу - FeOOH•nH2O], гидратированных сульфатов железа Fex(SO4)y•nH2O и элементной серы S0 (таблица).
На основании анализа тонкой структуры спектров Fe2p и О^ уровней поверхности образца обработанного МЭМИ уже при малых дозах высокоимпульсного воздействия (0.05 кДж) зафиксировано формирование фазы оксидов и гидроксидов железа (увеличение поверхностной концентрации оксидов железа составило 2.1 раза относительно образца сравнения) и одновременный рост поверхностной концентрации элементной серы S0 с 12.95 до 23.56 % в соответствии с деконволюцией спектра S 2р уровня поверхности образца. При этом, важно отметить, что поверхностная концентрация сульфатов железа осталась неизменной (таблица).
Увеличение дозы высокоимпульсного воздействия до 0.1 кДж связано, прежде всего, со значительным ростом пропорции сульфатов железа в соответствии со спектрами S2p и Fe2p уровней поверхности образца. Кроме того, отмечено значительное (~ 2 раза) снижение поверхностной концентрации элементной серы S и парал-
лельное ему увеличение (с 16.42 до 23.45 % ат.) пропорции железа связанного в сульфид (таблица).
Режим 0.5 кДж характеризуется дальнейшим ростом поверхностной концентрации «сульфидного» железа (с 23.45 до 29. 69% ат.), также как и дальнейшим снижением пропорции элементной серы (рис. 2).
Основываясь на теории взаимодействия сульфидных минералов с МЭМИ [9], в качестве объяснения последовательного снижения пропорции элементной серы при 0.1 кДж и 0.5 кДж предлагается процесс термического удаления элементной серы в виде сернистого газа.
При 1 кДж высокоимпульсного воздействия на основании анализа спектров S2p и 01б поверхности минерала идентифицирован рост поверхностных концентраций продуктов окисления пирита (таблица).
Поверхность контрольного образца арсенопирита была представлена железодефицитным сульфидом Fe1-a Аб1-ь Б1-с (с < а, Ь), оксидами и гидроксидами железа и мышьяка ^ехОу, Fe(OH)3, Аб203, Аб205), гидратированными сульфатами железа
Fex(SO4)y•nH2O и полисульфидом . При низких дозах высокоим-
пульсного воздействия (0.1 кДж), на поверхности арсенопирита, в отличии от пирита, наблюдается формирование сульфатов железа и окислов мышьяка, при этом концентрация сорбированной поверхностью воды увеличивается приблизительно в три раза по сравнению с исходным образцом. При 0.5кДж, как и в случае с пиритом, наблюдается снижение поверхностной концентрации элементной серы на 6.15 % ат. С одновременной «сульфидизацией» образца. По аналогии с пиритом, при данной дозе высокоимпульсной обработки предполагается протекание процесса температурного удаления полисульфида серы. Обработку при 1 кДж можно также, как и в случае с пиритом, рассматривать как новый этап окисления поверхности, что подтверждается увеличением поверхностной концентрации сульфатов железа и полисульфидной серы. Важным моментом является, тот факт, что поверхность обработанного арсенопирита содержит в ~ 3 раза больше сорбированной воды, чем поверхность необработанного минерала.
пирит ~а— арсенопирит
Рис. 3. Влияние МЭМИ на выход минералов в пенный продукт флотации
Флотация
Все описанные выше изменения поверхности минералов в значительной степени повлияли на изменение их флотационной активности. Экспериментально установлено изменение гидрофобногидрофильных свойств исследуемых минералов после высокоимпульсной обработки (рис. 3).
Выход пирита в пенную фракцию увеличился с 46.2% для исходного образца до 84.0% для образца обработанного при 1.5 кДж. Извлечение арсенопирита напротив снизилось с 57.9 % для образца сравнения до 43.3% для образца обработанного МЭМИ (0.1 кДж) в тех же условиях
Выводы
I. Основываясь на данных РФЭС, можно заключить, что воздействие МЭМИ на поверхность влажных образцов пирита и арсенопирита приводит к значительному изменению фазовой композиции поверхности минералов.
II. Для исследованных сульфидов можно выделить три стадии взаимодействия с МЭМИ:
1) < 0.1кДж — начальная стадия, характеризующаяся окислением сульфидов и интенсивным формированием гидрофобной элементной серы S0 на поверхности пирита в условиях дефицита кислорода;
2) интервал интенсивностей электроимпульсного воздействия 0.1 - 0.5-кДж. характеризуется “сульфидизацией” поверхности вследствие протекания процесса термического удаления элемент-
^ с10
ной серы S с поверхности минерала в виде сернистого газа;
3) при дозах электромагнитной обработки > 1.0 кДж начинается новый этап интенсивного окисления сульфида.
III. Изменения фазового состава поверхности минерала оказывают значительное влияние на технологические свойства минералов: показана возможность селективной флотации арсенопирита и карбонатсодержащего пирита в нейтральной среде.
----------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bochkarev G.R., Chanturiya, V.A., Vigdergauz V.E., Lunin, V.D. et al., 1997. Prospects of electron accelerators used for realizing effective low-cost technologies of mineral processing. Proc of XX International Mineral Processing Congress, vol 1, pp. 231-243.
2. Arrascue Martha E. Ly, Niekerk Jan (ed. Elsevier), 2006. Biooxidation of ar-senopyrite concentrates using BIOX process: Industrial experience in Tamboraque, Peru, Hydometallurgy, 83, pp.90-96.
3. Schippers Axel, Nagy Adrian A., Kock Dagmar, Melcher Frank, Gock Eber-hard, (ed. Elsevier), 2008.The use of FISH and real time PCR to monitor the biooxidation and cyanidation for gold and silver recovery from a mine tailings concentrate (Tica-pampa, Peru), Hydrometallurgy,55,pp.77-81.
4. Murthy D.S., Kumar Vinod, Rao K.V., (ed. Elsevier), 2003. Extraction of gold from an Indian low-grade refractory gold ore through physical benefication and thiourea leaching, Hydrometallurgy, 68, pp.125-132.
5. Chanturiya V.A., Bunin I. Zh., Lunin V.D., Gulyaev Yu.V., Bunina N.S., Vdovin V.A., Voronov P.S.,.Korzhenevskii A.V, Cherepenin V.A., (ed. Springer), 2001. Use of high-power electromagnetic pulses in processes of disintegration and opening of rebellious gold-containing raw material, J. of Mining science, 37, 4, pp. 427-437.
6. Chanturia V.A., Gulyaev Yu.V., Bunin I.G., Lunin V.D., Sedelnikova C.V., 2003. Non-traditional higly Effective Breaking-up Technology for Resistant Gold-Containing Ores and Benefication Products. Proceedings of XXII Int. Min. Proces. Congres, vol.1, pp.232-241.
7. Chanturiya V.A., Ivanova T.A., Khabarova I.A., Ryazantseva M.V, (ed. Springer), 2007. Effect of ozone on physico-chemical and flotation properties of surface of pyrrhotite under the nanosecond electromagnetic pulses treatment, Journal of mining Science, vol. 4, 1, pp.83-90.
8. Чантурия В. А., Трубецкой К. Н., Викторов С. Д. , Бунин И. Ж. Наночастицы в процессах разрушения и вскрытия геоматериалов. — М.: ИПКОН РАН, 2006.
9. Chanturiya V. A., Bunin I. Zh., and Kovalev A. T.. On the field emission properties of the sulfide minerals under high-power nanosecond pulses, Bulletin of the Russian Academy of Sciences, Physics, Vol. 71, No. 5, 2007. nsrj=i
Chanturiya V.A., RyazantsevaM. V., Filippova I. V., Filippov L.O.
THE INFLUENCE OF NANOSECOND HIGH-POWER ELECTROMAGNETIC PULSE IMPACTS (HNEPI) ON THE STATE OF PYRYTE AND ARSENIC PYRITE SURFACES
XPS was used for determining the relationship between electromagnetic treatment (HPEMP) energy and the surface composition for pyrite and arsenopyrite samples from Darasun ore field. After treatment, similar surface products were observed on both sulphides, with varying relative amounts of surface phases. As high power electromagnetic pulses significantly alter the surface state, they consequently modify the hydrophobicity of mineral surfaces. This was confirmed by flotation experiments carried out on both mineral samples.
Key words: pyrite, arsenic pyrite, oxidation, element sulfur, electromagnetic impulses, selective flotation.
— Коротко об авторах --------------------------------------------
Чантурия В.А.- Учреждение Российской академии наук Филиппова И.В., ФилипповЛ.О.
Институт проблем комплексного освоения недр РАН Рязанцева М.В. — Национальный политехнический институт Лотарингии.
