Повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия




Скачать 357.06 Kb.
НазваниеПовышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия
страница1/3
Дата12.12.2012
Размер357.06 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3


На правах рукописи


ХАБАРОВА Ирина Анатольевна


ПОВЫШЕНИЕ КОНТРАСТНОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ФЛОТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПИРРОТИНА И ПЕНТЛАНДИТА

НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ


Специальность 25.00.13 – «Обогащение полезных ископаемых»


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Москва – 2011

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук

Институте проблем комплексного освоения недр РАН

(УРАН ИПКОН РАН),

лаборатория теории разделения минеральных компонентов отдела проблем комплексного извлечения минеральных компонентов из природного и техногенного сырья


Научный руководитель

академик РАН, доктор технических наук, профессор

Чантурия Валентин Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Седельникова Галина Васильевна

кандидат технических наук

Якушкин Валерий Петрович

Ведущая организация – ФГУП “Институт “ГИНЦВЕТМЕТ”


Защита состоится «13 »  сентября  2011 г. в 14  час. 00 мин на заседании диссертационного совета Д 002. 074. 01 при Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук по адресу: 111020, Е-20, Москва, Крюковский тупик, 4; тел./ факс  8-495-360-89-60.


Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УРАН ИПКОН РАН.


Автореферат разослан «__» июня 2011  г.





Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук Папичев В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основу современной минерально-сырьевой базы России составляют тонковкрапленные и труднообогатимые руды со сложным вещественным составом. Для их глубокой, комплексной переработки требуются новые процессы, позволяющие высокоэффективно и без значительного экологического ущерба извлекать необходимые полезные ископаемые (В.А. Чантурия, 2008).

Характерная особенность сульфидных медно-никелевых руд заключается в низкой контрастности флотационных свойств пирротина и пентландита, что делает их труднообогатимыми и определяет сложность выделения высококачественного никелевого концентрата. Загрязнение пирротином медного и никелевого концентратов приводит к снижению их качества и существенному повышению содержания диоксида серы в отходящих газах на стадии металлургической переработки, а также увеличению безвозвратных потерь ценных компонентов с отвальными железистыми шлаками (И.Н. Храмцова и др., 2005).

Традиционные методы улучшения качественно-количественных показателей обогащения сульфидных медно-никелевых руд, которые направлены на совершенствование схем обогащения и процессов измельчения, сочетание гравитационных и флотационных операций, поиск новых флотационных реагентов, эффективно разрабатываются в ГНЦ РФ «Институт «ГИНЦВЕТМЕТ», ЗАО «Механобр инжиниринг» и ОАО «ГМК «Норильский никель». Однако большинство известных на данный момент методов селекции пирротина и пентландита не позволяют в полной мере достичь их максимального разделения. В связи с этим, проблема разработки новых процессов и методов, обеспечивающих повышение извлечения и качества никелевого концентрата, является весьма актуальной.

В последние годы в России и за рубежом проводятся исследования по разработке нетрадиционных методов дезинтеграции минерального сырья и повышения контрастности технологических свойств минералов на основе использования энергетических воздействий, а именно, электрохимической, электроимпульсной, СВЧ-, магнитно-импульсной обработки, воздействия потоком ускоренных электронов, мощными наносекундными электромагнитными импульсами (МЭМИ). Теоретические основы воздействия наносекундных электромагнитных импульсов на процессы дезинтеграции и вскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов и извлечения благородных металлов из руд изложены в диссертационной работе на соискание ученой степени доктора технических наук И.Ж. Бунина. В ИПКОН РАН было экспериментально показано, что обработка тонкодисперсного минерального сырья МЭМИ вызывает как селективное раскрытие сростков, так и модифицирование структуры поверхности, изменение химического и фазового состава приповерхностного слоя сульфидов (В.А. Чантурия и др., 2005, 2008; М.В. Рязанцева, 2009). Однако для обоснования перспектив применения этого способа обработки для флотационного разделения пирротина и пентландита необходимо было проведение специальных исследований по изучению влияния электромагнитного импульсного воздействия на химический и фазовый состав поверхности, обеспечивающий повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств сульфидных минералов и, как следствие, увеличение извлечения и качества концентратов.

Цель работы – установление основных закономерностей изменения фазового состава и физико-химических свойств поверхности пирротина и пентландита от параметров электромагнитной импульсной обработки и обоснование на их основе оптимальных режимов флотационного разделения сульфидов.

Идея работы – возможность эффективного использования воздействия МЭМИ для направленного изменения химического и фазового состава поверхности, повышения контрастности флотационных свойств пирротина и пентландита.

Методы исследований: электронная микроскопия (микроскоп LEO 1420VP), рентгеноспектральный микроанализ (энергодисперсионный спектрометр INCA Oxford 350); сканирующая зондовая микроскопия (атомно-силовой микроскоп ИНТЕГРА Прима, НТ-МДТ); экстракционно-фотометрический метод для определения количества элементной серы на поверхности минералов; колориметрический метод для определения концентрации трехвалентного железа в фильтрате водной фазы минеральной суспензии; инфракрасная Фурье спектроскопия (спектрометр Nexus); УФ-спектрофотометрия (спектрофотометр "Shimadzu UV-1700"); измерение электродных потенциалов минералов; метод газоадсорбционной релаксометрии и диодно-лазерный способ мониторинга концентрации сорбируемого водяного пара на тонкодисперсных минеральных частицах (Акваспек); флотационные эксперименты; методы математической статистики для обработки результатов исследований.

Научная новизна работы:

  • на основе комплекса современных физико-химических методов исследования поверхности пирротина и пентландита при воздействии мощных электромагнитных импульсов впервые выявлена связь химического состава поверхностных новообразований с электрохимическими, сорбционными и флотационными свойствами сульфидов;

  • экспериментально установлено (ИК-Фурье спектроскопия, растровая электронная микроскопия, рентгеноспектральный микроанализ, химический анализ жидкой фазы минеральной суспензии) последовательное окисление пирротина с образованием оксидов (гидроксидов) и сульфатов двух- и трехвалентного железа при электроимпульсном воздействии, тогда как на пентландите наблюдается образование элементной серы, что обеспечивает контрастность электрохимических, сорбционных и флотационных свойств минералов;

  • впервые методом диодно-лазерной спектроскопии установлено, что в результате воздействия МЭМИ происходит более интенсивное поглощение молекул воды пирротином вследствие образования каналов пробоя, микродефектов поверхности и наноразмерных пленок сульфатов железа по сравнению с пентландитом, на котором обнаружено помимо оксидов (гидроксидов) железа и никеля образование элементной серы;

  • в процессе электромагнитного импульсного воздействия (103 импульсов) электродный потенциал пирротина вследствие образования оксидов (гидроксидов) и сульфатов железа сдвигается в отрицательную сторону, что обеспечивает снижение сорбции ксантогената и, как следствие, уменьшение флотационного извлечения минерала, тогда как электродный потенциал пентландита приобретает более положительные значения за счет дополнительного образования элементной серы, что вызывает увеличение сорбции ксантогената и, как следствие, повышение извлечения сульфида при флотации.

Практическое значение работы заключается в разработке оптимальных условий и параметров воздействия наносекундных электромагнитных импульсов на минеральное сырье для повышения селективности флотационного разделения пирротина и пентландита при обогащении сульфидных медно-никелевых руд.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, представленных в работе, подтверждается использованием комплекса современных физико-химических методов исследований, непротиворечивостью полученных результатов и выводов; способностью прогнозирования эффективности наносекундного импульсного воздействия на труднообогатимое минеральное сырье с целью повышения контрастности физико-химических свойств поверхности сульфидов в процессе их флотационного разделения; применением методов математической статистики для обработки полученных экспериментальных данных.

Личный вклад автора заключается в проведении аналитического обзора научно-технической информации о методах разделения пирротина и пентландита при обогащении сульфидных медно-никелевых руд, выполнении экспериментальных исследований по влиянию МЭМИ на физико-химические, электрохимические, сорбционные и флотационные свойства поверхности пирротина и пентландита, проведении флотации на рудном сырье, анализе и обобщении полученных результатов.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Физико-химическое модифицирование поверхности пирротина и пентландита в результате воздействия МЭМИ связано как с нарушениями исходной структуры их поверхности (возникновение каналов пробоя, микротрещин и микропор), так и с изменением химического и фазового состава приповерхностного слоя исследуемых сульфидов.

2. Электромагнитная импульсная обработка приводит к следующим разнонаправленным изменениям электрохимических свойств пирротина и пентландита:

- увеличению отрицательного значения электродного потенциала пирротина;

- росту положительного значения электродного потенциала пентландита, что способствует повышению контрастности флотационных свойств минералов.

Переход электродного потенциала пирротина в область отрицательных значений в результате предварительного импульсного воздействия (103 имп) препятствует закреплению ксантогената и снижает флотируемость минерала.

Сдвиг электродного потенциала пентландита в область более положительных значений способствует увеличению адсорбции анионного собирателя (ксантогената) и флотируемости минерала.

3. В результате электромагнитного импульсного воздействия поверхность пирротина приобретает большую способность к поглощению молекул воды по сравнению с контрольной пробой (диодно-лазерная спектроскопия), что может свидетельствовать об образовании каналов пробоя, микродефектов и поверхностных микро- и нанофаз. При адсорбции воды на пентландите, МЭМИ-обработка слабо влияет на интенсивность поглощения молекул воды.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены на VII Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в ХХI веке» (Томск, 2006г); международных совещаниях «Плаксинские чтения» (г.Красноярск, 2006; г.Апатиты, 2007; г.Казань, 2010); 3-й, 4-й и 7-й Международных научных школах молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в ХХI веке глазами молодых» (УРАН ИПКОН РАН, Москва, 2006, 2007, 2010гг); Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения INTERMATIC – 2006» (Москва, 2006г); VI и VIII конгрессах обогатителей стран СНГ (Москва, 2007, 2011гг); научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2007, 2008гг); IV, V и VII Российских ежегодных конференциях молодых научных сотрудников и аспирантов (Москва, ИМЕТ РАН, 2007, 2008, 2010гг); XII Балканском конгрессе по обогащению полезных ископаемых (Греция, 2007г); научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодые - наукам о Земле" (Москва, РГГРУ, 2008г); XXIV Международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых (Пекин, Китай, 2008г); международных форумах по нанотехнологиям «РОСНАНОТЕХ», (Москва, 2008, 2009гг); XIV Всероссийском симпозиуме «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности» (Москва – Клязьма, 2010г); XIII Международной конференции по обогащению полезных ископаемых и экологии (Чехия, 2010г); Международных конференциях молодых ученых и аспирантов «Ломоносов», (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2008, 2009, 2010, 2011гг).

Результаты работы были отмечены на конкурсе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (У.М.Н.И.К.), проводимого в рамках конференции молодых специалистов на VI Конгрессе обогатителей стран СНГ при поддержке Фонда содействия развитию малого предпринимательства в научно-технической сфере.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 39 научных работ, в том числе в рекомендованных ВАК РФ изданиях – 7, в прочих печатных изданиях – 32.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, списка использованной литературы из 124 наименований и содержит 107 страниц машинописного текста, 32 рисунка и 9 таблиц.

Автор глубоко признателен академику РАН, доктору технических наук, профессору В.А. Чантурия за постоянную поддержку и консультации на протяжении всей работы.

Автор выражает благодарность и признательность за помощь и поддержку на протяжении всей работы доктору технических наук И.Ж. Бунину.

Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории теории разделения минеральных компонентов научного отдела проблем комплексного извлечения минеральных компонентов из природного и техногенного сырья УРАН ИПКОН РАН к.т.н. Т.А. Ивановой, к.т.н. Т.В. Недосекиной, к.т.н. В.В. Гетман и другим сотрудникам Института за консультации, помощь и поддержку, сотрудникам Центра изучения минерального вещества при комплексном освоении недр УРАН ИПКОН РАН канд. геол.-минер. наук Е.В. Копорулиной и А.Н. Краснову, а также сотрудникам Института Общей Физики им. А.М. Прохорова РАН канд. физ.-мат. наук В.Г. Артемову и канд. физ.-мат. наук В.Д. Травкину за оказанную помощь.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы исследований, сформулированы цель, идея и задачи работы, основные защищаемые положения, научная новизна, практическое значение диссертации, приведены сведения о методах исследований и публикациях автора.

Современные методы разделения пирротина и пентландита при обогащении медно-никелевых руд

Сульфидные медно-никелевые руды являются источником получения никеля, меди и других ценных компонентов. Кроме основных, в рудах присутствуют такие сопутствующие элементы, как золото, серебро, платина, палладий, кобальт, селен, теллур и другие редкие и рассеянные элементы, тесно связанные с сульфидами основных металлов (А.Д. Генкин и др., 1981; А.А. Абрамов, 2005).

Месторождения сульфидных медно-никелевых руд составляют основу минерально-сырьевой базы ведущих стран производителей никеля: России, Канады, Австралии, Китая и ЮАР.

В настоящее время основное количество металлов из медно-никелевых руд производят за счет богатых руд, с которыми связана перспектива развития производства металлов в Норильском промышленном районе (М.И. Манцевич и др., 2008).

Наиболее распространенным типом богатых медно-никелевых руд являются руды пирротинового состава. Состав их определяется присутствием пирротина (35 – 60 %), пентландита (7 – 9 %) и халькопирита (10 – 12%), сопровождаемых магнетитом (5 – 8 %). В состав богатых сульфидных руд входят следующие нерудные минералы (25 – 30 %): плагиоклаз, калиевый полевой шпат, моноклинный пироксен, кварц, хлорит, ангидрит, кальцит и другие (М.И. Манцевич и др., 2008).

Отмечается (И.Н. Храмцова и др., 2007, 2008), что запасы богатых медно-никелевых руд Талнахского и Октябрьского месторождений более чем на 90 % представлены минеральными разновидностями пирротинового типа. Особенностью этого типа руд является высокое содержание (30 – 60 %) нестехиометрических сульфидов железа группы пирротина Fe1-xS (основного аккумулятора серы), и чрезвычайно тонкое взаимное прорастание сульфидных минералов, затрудняющее их разделение традиционными методами обогащения. В рудах Норильска содержание пирротина в 1,5 – 2 раза выше, чем, например, в рудах Канады (И.Н. Храмцова и др., 2007).

Богатые сульфидные медно-никелевые руды НПР до 1996 г. перерабатывались по традиционной схеме прямой селективной флотации (И.А. Блатов, 1998; И.Н. Храмцова и др., 2007). В настоящее время данный тип руд перерабатывается по схеме селективно-коллективно-селективной флотации (СКС) с последовательным получением медного, никелевого, пирротинового концентратов и отвальных хвостов (И.Н. Храмцова и др., 2008). На стадии коллективной флотации формируется никель-пирротиновый концентрат (НПК), селекция которого в значительной степени осложнена низкой контрастностью флотационных свойств разделяемых сульфидов – пирротина и пентландита (И.Н. Храмцова и др., 2007). Попадая в никелевый концентрат, пирротин снижает его качество, вызывая тем самым серьезные проблемы, связанные с утилизацией избыточного количества диоксида серы в металлургическом переделе (М.И. Манцевич и др., 2008).

Проблема селекции пирротина и пентландита при обогащении медно-никелевых руд актуальна, о чем свидетельствует большое количество публикаций, посвященных этому вопросу (В.А. Иванов, 1995; Т.Е. Колтунова и др., 2009; М.И. Манцевич, 1996; М.И. Манцевич и др., 2008; В.В. Рыбас и др., 1995; И.Н. Храмцова и др., 2005, 2007, 2008; S. Kelebek и др., 1995, 1996; S. Kelebek и C. Tukel, 1999 и др.). Универсального решения этой проблемы не существует, что определяется разнообразием вещественного состава минерального сырья, технологические свойства которого могут варьироваться даже в пределах месторождения.

Анализ существующих методов флотационного разделения пирротина и пентландита выявил три основные направления повышения их селекции: совершенствование технологических схем флотации; применение реагентов (ксантогенат, диэтилентриамин, диметилдитиокарбамат, полиамин с сульфитом натрия и др); замена воздуха на газообразный азот при аэрации пульпы. Однако данные методы селективной флотации не обеспечивают максимально возможного содержания никеля в концентрате, что определяет актуальность разработки принципиально нового подхода к решению проблемы разделения пирротина и пентландита и повышения технологических показателей флотационного обогащения.

Анализ современной литературы по проблемам переработки полезных ископаемых показывает, что энергетические воздействия рассматриваются как эффективный способ интенсификации процессов переработки минерального сырья и применяются для повышения контрастности свойств минералов с близкими технологическими свойствами. Вопросам применения энергетических воздействий на геоматериалы с целью интенсификации процессов переработки минерального сырья посвящены труды видных отечественных и зарубежных ученых: И.Н. Плаксина, Р.Ш. Шафеева, В.А. Чантурия, Ю.В. Гуляева, Г.Р. Бочкарева, В.А. Черепенина, В.А. Вдовина, И.Ж. Бунина, В.Д. Лунина, Г.В. Седельниковой, В.П. Якушкина, А.Т. Ковалева, В.Е. Вигдергауза, В.И. Ростовцева, Ю.П. Вейгельта, С.А. Гончарова, П.П. Ананьева, В.И. Куреца, Ф.Ф. Борискова, K.E. Haque, S. Kingman, N.A. Rowson, С. Sahyoun и других. Обработка сульфидного медно-никелевого минерального сырья мощными наносекундными электромагнитными импульсами представляется наиболее перспективным способом вследствие его глубокой теоретической и экспериментальной обоснованности и технологичности. Однако для выяснения возможностей применения этого вида энергетического воздействия для решения проблем флотационного разделения пирротина и пентландита требуется проведение комплекса дополнительных исследований по изучению механизмов влияния МЭМИ на структурно-химические и флотационные свойства поверхности сульфидных минералов железа и никеля.

В работе представлены результаты исследований влияния электромагнитного импульсного воздействия на химический и фазовый состав поверхности, физико-химические, электрохимические, сорбционные и флотационные свойства пирротина и пентландита. Показана возможность повышения технологических показателей флотационного обогащения богатой сульфидной медно-никелевой руды, а также смеси (шихты) вкрапленных и медистых медно-никелевых руд НПР в результате предварительной обработки МЭМИ.

Материалы и методы исследований

В главе представлены данные о материалах исследований, основных физико-технических параметрах и условиях электромагнитной импульсной обработки минералов, методах проведения исследований и экспериментальном оборудовании.

Исследования проводились на образцах пирротина Fe1-xS и пентландита (Fe,Ni)9S8, выделенных из медно-никелевой руды Норильского промышленного района, а также на пробе богатой медно-никелевой руды Талнахского месторождения и смеси вкрапленных и медистых медно-никелевых руд НПР. Увлажненные материалы (Т:Ж=5:1) обрабатывались на лабораторной установке для электроимпульсной обработки минеральных продуктов УОМЭП-1 (УРАН ИПКОН РАН) высоковольтными импульсами с наносекундным фронтом (1-5 нс) и длительностью импульса не более 50 нс, напряженностью электрической компоненты поля – 10В/м, амплитудой импульса ~ 30 кВ; частота повторения импульсов 100 Гц, энергия в импульсе 0,1 Дж. Диапазон изменения «дозы» электромагнитного импульсного воздействия: 0÷104 импульсов (0÷1 кДж).


ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЭМИ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПИРРОТИНА И ПЕНТЛАНДИТА

В главе представлены результаты исследований влияния воздействия мощных наносекундных электромагнитных импульсов на изменение фазового состава, структуры, физико-химических, электрохимических и сорбционных свойств поверхности пирротина и пентландита.

Результаты ИК-Фурье спектроскопии

Результаты ИК-Фурье спектроскопии свидетельствуют о том, что в результате электромагнитного импульсного воздействия поверхность частиц пирротина и пентландита подверглась окислению, и продукты окисления представлены, в основном, сульфатами железа Fex(SO4)y.

Результаты сканирующей зондовой микроскопии

С помощью методов сканирующей зондовой микроскопии, а именно, атомно-силовой микроскопии в полуконтактном режиме (АСМ, ИНТЕГРА Прима, НТ-МДТ) были изучены особенности рельефа поверхности минералов на мезо- (менее 100 нм) и наноуровне после электромагнитной импульсной обработки. Низкоразмерная пленка (толщиной менее 100 нм) новых фаз, предположительно, сульфатов железа Fex(SO4)y, образованная на поверхности пирротина под воздействием МЭМИ и диагностируемая лишь с использованием атомно-силовой микроскопии (рис. 1а), плотно заполняет пространство вблизи эрозионных лунок каналов пробоя и микротрещин.



а)



б)

Рис. 1 – Образование низкоразмерной пленки новых фаз на поверхности пирротина (а) и эрозионных фигур пробоя на поверхности пентландита (б) в результате воздействия наносекундных МЭМИ. АСМ

На поверхности пентландита после МЭМИ-обработки плотной пленки окисленных фаз не обнаружено (рис. 1б). Электроимпульсное воздействие вызывало образование эрозионных фигур электрического пробоя и продуктов окисления поверхности, по-видимому, сульфатов железа, локализованных на выступающих участках минеральных частиц (ребрах и вершинах кристаллов, рис. 3б).

Изучение адсорбционной активности поверхности пирротина

и пентландита

Впервые методом диодно-лазерной спектроскопии исследован эффект влияния МЭМИ на поглотительную способность поверхности пирротина и пентландита молекул воды. Установлено, что в результате электроимпульсного воздействия частицы пирротина имеют большую способность к поглощению молекул водяного пара по сравнению с контрольной пробой, что может свидетельствовать как об образовании каналов пробоя и микродефектов поверхности, так и о формировании плотных наноразмерных гигроскопичных пленок сульфатов железа на поверхности пирротина. Предварительная обработка МЭМИ пентландита в меньшей степени (по сравнению с пирротином) влияет на скорость поглощения молекул воды поверхностью минеральных частиц. Наблюдающееся в экспериментах увеличение их влагоемкости с ростом числа МЭМИ происходит, в основном, за счет образования дефектов поверхности.

Результаты РЭМ–РСМА исследований

С применением современных методов растровой электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа (РЭМ–РСМА) были изучены размеры, морфология, элементный состав новообразований на поверхности минералов.



а)



б)



в)



г)

Рис. 2 – Влияние МЭМИ на химический и фазовый состав поверхности пирротина (а, б): микро- и нанообразования оксидов (гидроксидов) и сульфатов железа; рентгеновские спектры от них (в, г). РЭМ–РСМА



а)

б)



в)



г)

Рис. 3 – Поверхность частицы пентландита в исходном состоянии (а) и после МЭМИ-обработки (б); рентгеновские спектры от новообразований: до (в) и после МЭМИ (г). РЭМ–РСМА

Показано, что в результате наносекундного электромагнитного импульсного воздействия на поверхности частиц пирротина и пентландита произошли следующие структурно-химические изменения: обнаружено возникновение многочисленных дефектов на различных структурных уровнях и новых микро- и нанофаз на поверхности минералов (рис. 2, 3). На рентгеновских спектрах от локальных участков поверхности (рис. 2в, 2г, 3г), относящихся к областям локализации структурных дефектов, помимо пиков интенсивности, соответствующих Fe и S, прослеживается четкий пик, соответствующий кислороду. Это может свидетельствовать о появлении новообразований оксидов (гидроксидов) и сульфатов железа. Данные, полученные с помощью рентгеновского микроанализатора, согласуются с результатами, полученными при исследовании физико-химических свойств минеральных порошков и их суспензий после электроимпульсной обработки проб в том же режиме (10имп).

Изменение физико-химических свойств и фазового состава пирротина и пентландита в результате воздействия МЭМИ

При исследовании физико-химических свойств поверхности пирротина после электроимпульсной обработки (0,5·103, 103, 5·103 и 104 имп) установлено изменение состава поверхности и концентрации ионов в водной фазе минеральной суспензии за счет перехода водорастворимых новообразований в раствор. Результаты представлены в таблице 1.

Экспериментально показано, что в водной фазе суспензии пирротина в результате предварительной импульсной обработки (103 имп) повышается концентрация трехвалентного железа в 2 раза, что свидетельствует об образовании на поверхности минерала сульфата трехвалентного железа Fe2(SO4)3, при этом на поверхности пирротина определяется минимальное количество элементной серы.

Полученные данные согласуются с результатами ИК-Фурье спектроскопии и рентгеновского микроанализа химического состава поверхности минеральных частиц пирротина.

Таблица 1 – Изменение физико-химических свойств минеральной суспензии и поверхности пирротина и пентландита в результате воздействия МЭМИ

Nимп, 103

Минеральная суспензия

Концентрация Fe3+ в водной фазе Fe1-xS , мг/л

Содержание So на поверхности, мг/г

Еh, мВ

рН

Fe1-xS

(Fe,Ni)9S8

Fe1-xS

(Fe,Ni)9S8

Fe1-xS

(Fe,Ni)9S8

0

194

147

5,59

4,63

1,12

0,055

0,041

0,5

208

144

5,47

4,68

1,19

0,059

0,065

1

210

137

5,39

4,72

2,38

0,062

0,118

5

221

142

5,10

5,02

1,56

0,069

не опр.

10

238

144

4,83

5,31

1,57

0,139

не опр.

В отличие от пирротина, анализ жидкой фазы суспензии пентландита показал иное изменение физико-химических характеристик, а именно, снижение Еh (на 7 % при 103 имп) и повышение рН (на 11 %) водной фазы минеральной суспензии по сравнению с контрольной пробой. Для режима обработки 103 имп установлен максимум количества элементной серы (0,12 мг/г), смытой гексаном с поверхности пентландита. Увеличение количества серы (в 3 раза) связано, по-видимому, с окислением сульфидной поверхности и переходом серы из сульфидной в элементную.

Влияние МЭМИ на электрохимические свойства пирротина

и пентландита

Получены экспериментальные данные о влиянии МЭМИ на электрохимические свойства (электродный потенциал) пирротина и пентландита (рис. 4), согласно которым электродный потенциал пирротина при обработке 10имп сдвигается в сторону более отрицательных значений (рис. 4а). Максимальная разница значений электродного потенциала до и после обработки (Δφmax) равна 73 мВ и достигается в щелочной среде при рН 10.Электродный потенциал пентландита при обработке 10имп сдвигается в сторону более положительных значений при рН 5,5÷8,7 (рис. 4б). В диапазоне значений рН от 8,7 до 11 потенциал поверхности обработанного МЭМИ пентландита незначительно снижается (на 10 мВ).

Поскольку электродный потенциал поверхности минерала в значительной степени определяет энергетическое состояние поверхности, а значит и ее сорбционные свойства, было изучено влияние МЭМИ на сорбцию бутилового ксантогената калия (БКс) на поверхности исследуемых минералов.




а)

б)

Рис. 4 – Влияние МЭМИ на электродный потенциал пирротина (а) и пентландита (б); белые точки – обработка МЭМИ; черные – без обработки

Влияние МЭМИ-обработки на сорбцию БКс

Минимальная сорбция БКс (снижение на 17 %) на поверхности пирротина обнаружена при режиме воздействия 10имп (рис. 5а), что согласуется с данными по влиянию обработки МЭМИ на его электродный потенциал: резкий сдвиг электрохимического потенциала пирротина в область более отрицательных значений (рис. 4а) приводит к снижению сорбции анионного собирателя на минерале. Максимум сорбции БКс на пентландите обнаружен при режиме воздействия 103 имп (рис. 5б).

а)



б)

Рис. 5 – Влияние МЭМИ-обработки на сорбцию БКс на пирротине (а) и

пентландите (б)

Таким образом, в процессе электромагнитного импульсного воздействия (всего 10имп) электродный потенциал пирротина вследствие образования оксидов (гидроксидов) и сульфатов железа сдвигается в отрицательную сторону, что обеспечивает снижение сорбции ксантогената и, как следствие, уменьшение флотационного извлечение минерала, тогда как электродный потенциал пентландита приобретает более положительные значения за счет дополнительного образования элементной серы, что вызывает увеличение сорбции ксантогената и, как следствие, повышение извлечения сульфида никеля.

РЕЗУЛЬТАТЫ ФЛОТАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Мономинеральная флотация пирротина и пентландита

Флотируемость пирротина в присутствии БКс изменяется нелинейно при увеличении числа импульсов. В области малой интенсивности импульсного воздействия характерно небольшое снижение флотируемости минерала (рис. 6а). Наибольшая депрессия пирротина наблюдалась при обработке 103 имп; далее с увеличением числа импульсов флотируемость пирротина увеличивается, по-видимому, вследствие роста количества элементарной серы на поверхности.

Для пентландита максимальный выход минерала в пенный продукт флотации достигался при режиме импульсной обработки 103 имп (рис. 6а) вследствие роста количества элементной серы на поверхности и повышения электродного потенциала сульфида.

Предварительная электроимпульсная обработка проб пирротина и пентландита и введение при флотации диметилдитиокарбамата натрия (рис. 6б) приводит к повышению селективности флотационного разделения данных минералов (∆ε = 35 % без обработки МЭМИ, ∆ε = 55 % при обработке 103 имп).

а)



б)

Рис. 6 – Влияние воздействия МЭМИ на флотируемость пентландита и пирротина при рН 10,5 в присутствии БКс (а) и его сочетания с ДМДК (б)
  1   2   3

Похожие:

Повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия iconПрограмма вступительных испытаний в магистратуру по направлению "Химия"
Периодический закон и Периодическая система элементов Д. И. Менделеева. Физическое обоснование периодичности свойств химических элементов....
Повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия icon1 Цель преподавания дисциплины: изучение особенностей химического строения, физико-химических свойств и биологических функций важнейших классов жизненно
Раскрывая физико-химическую сущность жизненных явлений, курс «Химические основы жизни» оказывает огромное влияние на развитие всех...
Повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия iconСписок основной и дополнительной рекомендуемой литературы по химии флотационных реагентов
Саградян А. Л., Суворовская Н. А., Крангачев Б. Г. Контроль технологического процесса флотационных фабрик. – М.: Недра, 1983 г
Повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия iconГ. Мичуринска Тамбовской области
Цель урока: изучение строения атома алюминия, его химических свойств, выявление взаимосвязи между физическими свойствами и областями...
Повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия iconАндрис снижение техногенной нагрузки на грунты при транспортировке и хранении нефтепродуктов на основе использования комплекса физико-химических и микробиологических технологий
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном...
Повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия iconЭкономическая оценка последствий воздействия электромагнитного излучения на состояние окружающей среды и здоровье населения
Охватывает функциональные передатчики источники электромагнитного поля в целях передачи или получения информации. Это коммерческие...
Повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия iconПрограмма вступительного экзамена в магистратуру по направлению «Биология» по профилю «Физиология растений» Утверждена на заседании ученого совета биолого-почвенного факультета кфу
Необходимость изучения физиологических процессов на разных уровнях структурной организации растительных организмов для выяснения...
Повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия iconРедакция
Инженерия поверхности объединяет методы направленного изменения физико-химических свойств поверхностных слоев материалов путем деформирования,...
Повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия iconАнализ метода катодной защиты подземных трубопроводов
Коррозия металлов – это физико-химический процесс, вызывающий разрушение металла или изменение его свойств в результате химического...
Повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия iconЗакономерности разделения минералов на основе различия их физических и химических свойств
Требования к уровню подготовки аспиранта, завершившего изучение данной дисциплины
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница