Закономерности разупрочнения минеральных составляющих золотосодержащих руд в процессе магнитно-импульсной обработки

Е.А. Кошель

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗУПРОЧНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД В ПРОЦЕССЕ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ

Приведены результаты исследований по изучению закономерностей разупрочнения минеральных составляющих золотосодержащего сырья в процессе магнитно-импульсной обработки.

Ключевые слова: магнитно-импульсная обработка, золото, магнитострикция, дислокация, извлечение.

~П России и за рубежом проводится широкий комплекс ис-

-Я-М следований по разработке нетрадиционных эффективных методов переработки упорного сырья драгоценных металлов на основе использования энергетических воздействий: мощными электромагнитными импульсами (МЭМИ), которые проводятся в ИП-КОН РАН под руководством академика В.А. Чантурия, совместно с институтами ИРЭ РАН и ЦНИГРИ [1], а также магнитноимпульсной обработки (Гончаров С.А., Ананьев П.П., МГГУ, ЦНИГРИ) [2].

С помощью магнитно-импульсной обработки (МИО) эффект разупрочнения руды достигается при малых затратах электроэнергии и высокой ударной мощности электромагнитного импульса [2]. Этот эффект обусловлен тем, что при импульсном магнитном воздействии внешнее электромагнитное поле распространяется по всему объему руды. Кроме того, по объему материала возникают трещины, облегчающие проникновение раствора цианида к частице металла.

В данной работе изложены результаты исследований по изучению закономерностей разупрочнения минеральных составляющих золотосодержащего сырья в процессе магнитно-импульсной обработки.

Объектом исследований являлся флотационный концентрат обогащения руды одного из разведуемых месторождений.

По данным химического и пробирного анализов (табл. 1), основным ценным компонентом в концентрате является золото, содержание которого составляет 45,7 г/т.

Таблица 1

Результаты химического и пробирного анализов средней пробы флотоконцентрата

Соединения и компоненты Содержание, % Соединения и компоненты Содержание, %

SiO2 16,00 Sобщ 33,85

А1203 5,98 Р205 0,08

Ревал 32,78 Сорг 0,66

СаО 3,24 Си 0,044

Mg0 1,04 Zn 0,049

Ті02 0,82 РЬ 0,021

№20 0,77 As 0,03

к2о 1,72 Sb 0,005

МпО 0,12 Аи, г/т 45,5

Ss 33,36 Ag, г/т 27,6

Изучение минерального состава концентрата показало, что основным рудным минералом является пирит (74,98%), кроме того, в концентрате присутствуют: карбонаты (5,24%), кварц (8,25%), также сростки кварца, пирита, гематита, магнетита, карбоната, углеродистых сланцев (11,18%). Из нерудных минералов присутствует углеродистое вещество, полевые шпаты и слюдистые агрегаты. Золото в концентрате, в основном, ассоциировано с пиритом.

Гранулометрический анализ исходного концентрата крупностью 52% -0,074 мм (рис. 1) показал, что класс крупностью 0,1 мм несколько обеднен по золоту, в остальных классах золото распределяется достаточно равномерно, также следует отметить обогащение по золоту самой тонкой фракции (-0,020 мм).

Из результатов рационального анализа (рис. 2) видно, что в концентрате исходной крупности (52% -0,074 мм) 59,18 % золота (8,30 % - амальгамируемого, 50,88 - в сростках) находится в цианируемой форме, покрыто пленками и связано с сульфидами 21,49 % золота, 19,33 %- тонко вкраплено в породообразующие минералы. Учитывая результаты минерального, гранулометрического и фазового анализов, концентрат можно характеризовать, как упорный с тонкой вкрапленностью золота в пирит.

Технология магнитно-импульсной обработки осуществляется путем пропускания концентрата через отрезок диэлектрического трубопровода, на котором, размещена система электромагнитных

катушек, генерирующая в непрерывном автоматическом режиме импульсы электромагнитного поля с заданной частотой следования

[3].

ей

Н

О

ч

о

со

и

К

К

<и

ч

ч

и

л

с

о

ей

Л

К

ч

о

й

3

и

0,1 -0,1+0,074 -0,074+0,050 -0,050+0,03 0 0,030+0,020 -0,02

класс крупности, мм

I выход, %  распределение Аи, %

Рис. 1. Гранулометрическая характеристика и распределение золота по классам крупности

50

40

30

20

10

0

и

к

к

<и

ч

и

«

и

&

£

л

свободное в сростках под пленками в сульфидах в кварце формы нахождения золота  52% -0,074 мм

Рис. 2. Результаты рационального анализа флотоконцентрата крупностью 52% -0,074 мм

Из литературы известно, об эффективном использовании МИО при обработке железистых кварцитов, объясняемое явлением маг-нитострикции, в силу наличия высокой магнитной восприимчивости магнетита [4].

Учитывая, что в представленном золотопиритном концентрате присутствует магнетит, механизм разупрочнения может основываться на явлении магнитострикции (изменение формы и размера зерна минерала при его намагничивании).

При магнитострикции в зернах магнетита происходят поперечные и продольные деформации, характеризующиеся соответствующим коэффициентом магнитострикции [5].

Известно, что связь между деформациями и нормальными напряжениями на площадках зерна кубической формы (зерна магнетита обладают кубической сингонией), имеет следующий вид [4]:

где Е - модуль упругости, ц - коэффициент Пуассона, є - максимальная деформация вдоль соответствующей оси.

Поскольку в концентрате присутствует магнетит в сростках с пиритом, гематитом и кварцем, то при расчетах напряжений использовались соответствующие значения для данных минералов (табл. 2).

Значение модуля упругости, модуля сдвига, коэффициента Пуассона, пределов прочности на сжатие [ас] и растяжение [ор] для магнетита и кварца приведены в табл. 2 [6, 7].

Расчет показал, что максимальные сжимающие напряжения изменяются в ряду: магнетит > гематит> пирит > кварц. Сдвиговые напряжения изменяются в ряду: пирит > гематит > магнетит > кварц. Отношение максимальных значений сжимающих напряжений в магнетите к пределу прочности магнетита на сжатие равно 41,2 %; в зернах гематита 64,6 %, в зернах пирита 23,6 %, в зернах кварца 5,7 %.

Отношения, возникающие при магнитострикции в зернах магнетита сдвиговых напряжений к пределу прочности на сдвиг, у магнетита равно 47 %; в зернах гематита - 65%; а в зернах пирита -97 %, в зернах кварца -8 %.

Наличие сжимающих напряжений на границе зерен магнетита с гематитом, магнетита с пиритом, магнетита с кварцем,

Минерал Свойство

Е10-10,Па &10-10,Па И [Ос] 10-5, Па [Ор] -10-5, Па [т] 10- 5,Па

Магнетит 23,19 9,2 0,26 1500 140 356

Г ематит 21,2 9,31 0,14 600 60 262

Пирит 14 12,5 0,19 1280 160 235

Кварц 9,51 4,44 0,07 2600 210 1030

равных 41,2%; 64,6%, 23,6% и 5,7 % соответственно, от предела прочности на сжатие; сдвиговых напряжений на границе зерен пирита с гематитом, пирита с магнетитом и пирита с кварцем 97 %, 65 %, 47 % и 8 % соответственно, от предела прочности на сдвиг, должно привести в конечном итоге к возникновению и развитию микро- и макродефектов на границе срастания магнетита с соседними минералами гематита, пирита и кварца, а это - к их разупрочнению.

Объяснить механизм разупрочнения представленного концентрата можно с точки зрения модели заряженной дислокации. Поскольку в любой горной породе в различных ее структурных элементах имеются генетические дефекты: трещины, микротрещины, дислокации, обладающие некомпенсированным зарядом, через удельную энергию образования новой поверхности можно определить величину заряда дислокации [8]. Также, энергия образования новой поверхности зависит от модуля упругости, то можно воспользоваться понятием электромеханической чувствительности минерала, характеризующим возможность преобразования энергии электромагнитного поля в механическую энергию [8].

Величина этой характеристики прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости и обратно пропорциональна модулю упругости:

У

упр

где X - коэффициент электромеханической чувствительности, 8 -диэлектрическая проницаемость материала, Еупр - модуль упругости материала, Н/м2.

Для основных минералов концентрата коэффициент электромеханической чувствительности представлен в табл. 3.

£

Наименование минерала Диэлектрическая проницаемость £ Модуль упругости Е, ГПа X — коэффициент электромеханической чувствительности, Х*10-9 Па-1, ГПа

Кварц 5,1 96 0,053

Гематит 25 212 0,118

Пирит 42 140 0,3

Из-за неравномерности электрических и механических свойств минералов, входящих в состав концентрата, на границах минеральных зерен возникают структурные напряжения. При достижении этими напряжениями предельных значений происходит разрыв межзерновых связей.

На основании выше изложенного можно сделать вывод о том, что в данном концентрате «работает» смешанный механизм разупрочнения минералов, т.к. основной минерал - пирит находится в связи не только с магнитными магнетитом и гематитом, но и с диэлектриком - кварцем.

Совместно с сотрудниками центра «Инновация горных технологий» были проведены эксперименты по влиянию МИО на прочностные свойства концентрата и на показатели извлечения золота в процессе гидрометаллургической переработки исследуемого концентрата различной крупности

Эффективность воздействия МИО на прочностные свойства флотационного концентрата оценивали по выходу готового класса -0,074 мм. На рис. 3 представлены сравнительные результаты гранулометрического анализа флотационного концентрата исходной крупности (52 % -0,074 мм) без МИО и после МИО. Результаты гранулометрического анализа золото-пиритного концентрата, свидетельствуют о том, что при использовании предварительной МИО выход класса -0,1+0,074 мм сократился с 47,94 до 36,58 %, соответственно увеличился выход класса -0,074 мм с 52,06 % до 63,42 %, т.е. на 11,36 %.

Изучение влияния предварительной магнитно-импульсной обработки на показатели извлечения золота пиритного концентрата при цианировании в сорбционном режиме, осуществляли на материале различной крупности, в течение 72 часов. Результаты цианирования пиритного концентрата без МИО и после МИО (рис. 4).

0,1 -0,1+0,074 -0,074+0,044 -0,044+0,020 -0,02

класс крупности, мм

Ібез МИО СИпосле МИО

Рис. 3. Сравнительные результаты гранулометрического анализа золото-пиритного концентрата без МИО и после МИО

Рис. 4. Сравнительные результаты по цианированию флотационного концентрата без МИО и после МИОАнализ полученных результатов показал, что предварительная магнитно-импульсная обработка пиритного концентрата различной крупности улучшает технологические свойства материала. Извлечение золота из флотоконцентрата увеличивается с 63,08-84,62% до 67,0385,27%, в зависимости от крупности материала

Полученные результаты свидетельствуют, что применение предварительной магнитно-импульсной обработки пиритного концентрата оказывает положительное влияние на показатели извлечения золота при его выщелачивании. Извлечение золота увеличи-

20% -0,020 40% -0,02 0 76% -0,020 83% -0,020 95% -0,020

крупность, мм

^извлечение золота из флотоконцентрата без МИО, % извлечение золота из флотоконцентрата после МИО, %

вается при гидрометаллургической переработке на 0,4-4%, в зависимости от крупности материала.

---------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Механизмы дезинтеграции минеральных сред при воздействии мощных электромагнитных импульсов. М., Известия Академии Наук. Серия физическая, Т.68, № 5, 2004, с. 629 - 631.

2. Гончаров С.А., Ананьев П.П. Основы технологии электромагнитного разупрочнения железистых кварцитов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2000. №6. с. 10-13.

3. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Иванов В.Ю. Разупрочнение горных пород под действием импульсных электромагнитных полей. МГГУ, М., 2006, с. 91

4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. - М.: Наука, 1987. - 247с.

5. Белов К.П. Магнитные превращения. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959, 259с.

6. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. - М.: Наука, 1964,

206 с.

7. Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород. - М.: Наука, 1975, 201 с.

8. Ананьев П.П., Гридин О.М., Самерханова А.С. Взаимосвязь свойств и электромеханической чувствительности природных минералов. Горный информационноаналитический бюллетень. 2008. №5. с. 184-189. шы=1

Koshel E.A.

THE MECHANISMS OF MINERAL COMPOUNDS SOFTENING DURING PULSE-MAGNETIC PROCESSING OF ORES

The objective of this work was to study the dependence of the mineral complexes destruction from gold bearing concentrates during magnetoimpuls pre-treatment.

Key words: pulse-magnetic processing, gold, magnetostriction, dislocation, recovery.

— Коротко об авторе

Кошель Е.А. - ФГУП ЦНИГРИ.