Исследование процесса адсорбции кислорода сульфидными минералами измельченной руды

Библиографический список

1. Карпухин А.И., Медведева Л.А., Феоктистов С.А. и др. Пуск и освоение технологии аффинажа золота на Колымском аффинажном заводе // Цветные металлы. 1999. №10. С.21-23.

2. Карпухин А.И. Кислотно-солевой аффинаж золота и серебра: монография. Иркутск: ОАО «Иргиредмет», 2003 192 с.

3. Карпухин А.И., Ильина Г.И., Харлов В.Г. и др. Промышленные испытания и внедрение сульфатно-экстракционной технологии переработки бедных тантало-ниобиевых концентратов // Цветные металлы. 1986. № 11. С.54-56.

4. Карпухин А.И., Минеев Г.Г. Химико-металлургическая переработка тантало-ниобиевых концентратов: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. 112 с.

УДК 622.7

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА АДСОРБЦИИ КИСЛОРОДА СУЛЬФИДНЫМИ МИНЕРАЛАМИ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ РУДЫ

© А.А. Кол один1, В.В. Ёлшин2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Проведены исследования по процессу поглощения кислорода минеральными составляющими руды, в частности сульфидными, при измельчении. Измерялись такие параметры, как концентрация растворенного кислорода, температура, уровень рН, окислительно-восстановительный потенциал. Изначально среда подготавливалась максимально приближенной к реальному процессу измельчения: уровень рН 9-10.5, свободный доступ к кислороду, интенсивное перемешивание. На скорость адсорбции кислорода влияют состав минерала и степень измельчения, которая увеличивается по мере уменьшения крупности частиц. Наибольшей усвояемостью обладает фрсе-нопирит, наименьшей из представленных минералов - галенит. Тем не менее практически 100% растворенного кислорода поглощается минералом. Начало процесса восстановления кислорода также зависит от состава. Исследования показали, насколько сильно оказывают влияние сульфидные минералы на процесс поглощения кислорода при измельчении. Ил. 9. Табл. 1. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: измельчение; поглощение кислорода; сульфиды; уровень pH; окислительно -восстановительный потенциал; скорость поглощения кислорода.

STUDIES OF OXYGEN ADSORPTION BY GROUND ORE SULFIDE MINERALS A.A. Kolodin, V.V. Elshin

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The authors study oxygen adsorbtion by ore mineral components, in particular sulfide ones, under grinding. The following parameters have been measured: concentration of dissolved oxygen, temperature, pH level, and a redox potential. The medium was initially prepared to resemble as far as possible the real process of grinding: 9-10.5 pH level, free access to oxygen, intensive mixing. Oxygen adsorbtion rate is influenced by the mineral composition and reduction ratio, which increases with the decrease in the particle size. Arsenopyrite has the highest assimilability, while galenite has the lowest one of the examined minerals. However, almost 100% of dissolved oxygen is absorbed by minerals. The beginning of the process of oxygen reduction also depends on mineral composition and varies from 2.5 to 14 hours. The research has shown the extent of sulfide mineral effect on oxygen uptake under grinding. 9 figures. 1 table. 6 sources.

Key words: grinding; oxygen adsorbtion (uptake); sulfides; pH level; oxidation-reduction potential (redox potential); oxygen uptake rate.

Одним из наиболее распространенных способов извлечения золота из руд на сегодняшний день является цианистое выщелачивание. Процесс цианирования золотосодержащих руд протекает в присутствии и взаимодействии цианистого натрия (NaCN), воды и кислорода. В данном случае скорость растворения золота может зависеть от концентрации NaCN и кислорода.

Процессу выщелачивания, как правило, предшествует мокрое измельчение руды в мельнице самоизмельчения либо в шаровой мельнице. Очень часто для интенсификации процесса растворения золота совмещают два процесса - цианирование и измельчение. И как показывает практика, применение такого метода позволяет ускорить процесс цианирования в десятки раз [1, 2].

1Колодин Алексей Александрович, научный сотрудник НИЧ, тел.: 89149109806, e-mail: kolodin@istu.edu

Kolodin Aleksei, Scientific Worker of the Research department, tel.: 89149109806, e-mail: kolodin@istu.edu

2Ёлшин Виктор Владимирович, доктор технических наук, профессор, декан заочно-вечернего факультета, тел.:

405180, e-mail: dean_zvf@istu.edu

Elshin Victor, Doctor of technical sciences, Professor, Dean of the Correspondence and Extramural Faculty, tel.: (3952) 405180, email: dean_zvf@istu.edu

Измельчение не есть просто изменение размеров частиц, это сложный физико-химический процесс увеличения потенциальной энергии вещества и повышения его химической активности.

В отличие от процесса непосредственного выщелачивания в пачуках, где кислород непрерывно барбо-тируется в среду в избытке [3], достаточном для протекания растворения, при измельчении подавать кислород в измельчительный агрегат не представляется возможным. Таким образом, во взаимодействие вступает только то количество кислорода, которое растворено в воде. В зависимости от состава руды возможны ситуации, когда большая часть кислорода будет расходоваться на взаимодействие с компонентами руды, а на растворение золота будет оставаться лишь малая его часть. Такой случай может привести к пассивации золота (образование пленок на поверхности [4, 5], вследствие чего растворение очень осложняется) и избытку цианида, что в дальнейшем приведет к неэффективному использованию других переделов обогащения. Также от типа руды (кварц, галенит, пирит, сфалерит и т.д.), степени измельченности, уровня Ph среды и других показателей зависит скорость поглощения кислорода [6].

Таким образом, необходимо провести исследования, которые позволят выявить или уточнить некоторые закономерности, показать ряд количественных зависимостей, проследить кинетику поглощения кислорода сульфидами, характер изменения электродного потенциала минералов по мере увеличения степени окисления последних и т.д.

В результате взаимодействия минералы поглощают из пульпы растворенный кислород, по убыли которого можно судить об адсорбционной емкости минерала по отношению к этому газу, а вид кривой поглощения может указать на характер происходящих взаимодействий.

Методика исследований. При проведении экспериментов использовалось следующее оборудование:

• Кислородомер, совмещенный с рН-метром (Mettler Toledo).

• Иономер И-170 (Антех) для измерения ОВП среды.

• Платиновый электрод.

• Стеклянный электрод.

• Магнитная мешалка.

• Механическая мешалка с возможностью установки количества оборотов в минуту.

• Персональный компьютер для сбора и обработки информации.

• Различная лабораторная посуда.

Перед началом опыта подготавливались и заново калибровались приборы. Создавались условия, максимально приближенные к реальным процессам (уровень рН 9-10.5, свободный доступ к кислороду, интенсивное перемешивание).

Для изучения адсорбции кислорода, растворенного в воде, поверхностью сульфидных минералов в стакан помещались электрохимический анализатор кислорода со встроенным датчиком температуры, стеклянный и платиновый электроды.

Подготавливалась вода с уровнем рН 10, при по-

мощи добавления NaOH, измерения проводились рН-метром. После подготовки вода в объеме 50 мл наливалась в стеклянный стакан и производились замеры начальных концентраций кислорода, рН, температуры и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) при постоянном перемешивании, и так до добавления в раствор измельченного минерала.

После определения концентрации кислорода, уровня рН и ОВП в подготовленной воде, в стакан быстро засыпалась навеска заранее измельченного сульфидного минерала. После загрузки минерала в сосуд производилось перемешивание пульпы магнитной или механической мешалкой, в процессе которого непрерывно фиксировались показатели.

Опыты проводились при следующих условиях: отношение Т:Ж выдерживалось равным 1:3, температура раствора и пульпы 25 ± 2°С.

Подготовка навески минерала производилась с определенным соотношением жидкое : твердое в объеме. При соотношении 3 : 1 требовалось на 50 мл жидкости 16,67 мл минерала. С учетом плотности минерала делалась соответствующая навеска.

Затем полученную массу необходимо было определенное время выдерживать в истирателе для получения разной степени помола. Измельчение длилось от 30 сек до 3 минут.

После истирания отбиралась проба для проведения ситового анализа. А затем вся масса добавлялась в стакан с водой при постоянном перемешивании. При этом непрерывно замерялись концентрация растворенного кислорода, рН, температура и ОВП. Все данные сохранялись в памяти приборов и ПК. Опыт проводился в течение суток.

Адсорбция кислорода в процессе исследования изучалась на пирите, галените, сфалерите, арсенопи-рите и халькопирите.

Адсорбция некоторыми сульфидами растворенного в воде кислорода представлена на рис.1—4.

Окисление сульфидов под воздействием воды и кислорода идет в несколько стадий. Конечным продуктом окисления серы является анион SO2, что подтверждается изменением уровня рН среды (рис. 5) и повышением температуры (реакция экзотермическая, рис. 6).

Проведенные нами исследования показывают, что сульфиды неодинаково поглощают растворенный в воде кислород. Так, арсенопирит адсорбирует часть кислорода значительно быстрее, чем сфалерит, галенит и пирит, а сфалерит - интенсивнее пирита и галенита. Почти все тонкоизмельченные минералы поглощают 100% кислорода из воды. Восстановление кислорода происходит медленно и также зависит от состава. Например, быстрее всего восстановление происходит при сфалерите. А вот в присутствии халькопирита видимого восстановления не происходит вообще (см. рис. 4).

Анализируя полученные данные (таблица), следует отметить, что изучаемые сульфиды располагаются в порядке снижения активности: арсенопирит, сфалерит, пирит, халькопирит, галенит. Интенсивность поглощения кислорода сульфидами возрастает с уменьшением размера частиц.

Рис. 1. Поглощение кислорода минералом сфалерит

время, ч

Рис. 2. Поглощение кислорода минералом пирит

время, ч

Рис. 3. Поглощение кислорода арсенопиритом

время, ч

Рис. 4. Поглощение кислорода минералом халькопирит

время, ч

0:00:00 0:00:15 0:00:30 0:00:46 0:01:01 0:01:16 0:01:31 0:01:46 0:02:02 0:02:17 0:02:32 0:02:47 0:03:02 0:03:18 0:03:33 0:03:48 0:04:03 0:04:19 0:04:34 0:04:49 0:05:04 0:05:19 0:05:35 0:05:50 0:06:05 0:06:20 0:06:35 0:06:51 0:07:06 —Сфалерит, 3мин ^^Пирит,Змии — Пирит, 1 мин ^^Пирит, ЗОсек —"—Галенит,30сек —I—Арсенопирит,3 мин -Ф-Арсенопирит,ЗОсек ——Халькопирит,Зм

время, ч

Рис. 5. Изменение уровня рН

Рис. 6. Изменение температуры

время, ч

время, ч

Рис. 7. Поглощение кислорода минералами

Таблица 1

Поглощение кислорода минералами_

Минерал, время измель- Содержание класса в Поглощение кислорода мине- Максимальная скорость

чения 95% минерала, нм ралами, мг/л поглощения кислорода, мг/л/с

Арсенопирит, 3 мин 30 7,80 0,25

Арсенопирит, 30 с 33 7,79 0,19

Сфалерит, 3 мин 38 7,59 0,11

Пирит, 3 мин 37 7,75 0,08

Халькопирит, 3 мин 38 7,65 0,08

Пирит, 1 мин 41 7,65 0,05

Галенит, 30 с 44 7,26 0,04

Пирит, 30 с 44 4,47 0,02

ОВП показывает характер протекающих процессов. В начальный момент времени видно, что происходят окислительные реакции, идет интенсивное поглощение кислорода. Со временем при определенном потенциале ОВП реакции замедляются и кислород начинает восстанавливаться в растворе. Наиболее

наглядно это видно по суспензии с арсенопиритом (рис. 8). В растворе же с халькопиритом (рис. 9) вследствие интенсивного поглощения и происходящих реакций процесс восстановления начался только более чем через 14 часов и не так интенсивно.

Арсенопирит ОВП > Арсенопк Рис. 8. Изменение ОВП и концентрации кислорода с арсенопиритом

время, ч

Рис. 9. Изменение ОВП и концентрации кислорода с халькопиритом

время, ч

Проведенные исследования ещё раз показали, насколько сильно влияние сульфидных минералов на процесс поглощения кислорода. Следовательно, можно сделать вывод, что появление таких составляющих в минеральной массе руды при измельчении золотосодержащих руд ведет к уменьшению растворенного кислорода вследствие его поглощения сульфидными составляющими. А так как количественное соотноше-

ние золота и сульфидов несоизмеримо большее в сторону последних, то при цианистом выщелачивании будет наступать кислородное голодание, которое в свою очередь может привести к пассивации.

Работа выполнена при финансовой поддержке проекта Nq02.G25.31.0075 в рамках Постановления Правительства Российской Федерации №218 от 09.04.2010 г.

Библиографический список

1. Заявка на изобретение RU 94026847 А1 РФ, С22В11/10, С22В3/02 Установка для переработки золотосодержащих зернистых материалов / Емельянов Ю.Е., Горбунов П.Д., Черепанов В.М., Ващенко Г.А., Бывальцева Т.М.; ОАО «Ир-гиредмет». №94026847/02, заявлено 18.07.1994; опубл. 10.08.1996.

2. Патент RU 2154118 С2 РФ, С22В11 /08 Способ цианирования / Сухов Н.Н., Демин А.М., Трубецкой К.Н., Чантурия В.А.; Институт проблем комплексного освоения недр РАН. №98116828/02 заявлено 08.09.1998; опубл. 10.08.2000.

3. Патент RU 2086687 С1 РФ, С22В11/08 Способ цианистого выщелачивания благородных металлов / Товарище-

ство с ограниченном ответственностью с иностранными инвестициями "Уралэф". №95109070/02 заявлено 31.05.1995; опубл. 10.08.1997.

4. Leonov S.B., Bubeev P.P., Elshin V.V. // 5th Southern Hemi-Sphere Meeting Technology. Buenos Aires, Argentina, 1997, P. 205.

5. Bubeev P.P., Elshin V.V., Leonov S.B., Kichkin A.I., // Re-was '99. San Sebastian (Spain), 1999, V.2, P. 1939.

6. Бадеников А.В., Бадеников В.Я. // Энергетические воздействия на компоненты флотации. М.: Издательство «Горная книга», 2010. 358 с.

УДК 629.113.001

ЛИКВАЦИЯ И ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОБ ЛИТЕЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

© М.П. Кузьмин1, М.Ю. Кузьмина2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Изучен характер ликвации кремния, магния и титана в пробах и чушках литейных алюминиевых сплавов. Исследовано распределение элементов по глубине при последовательном срезе донной части каждой пробы с шагом 4 мм. Обнаружено, как проявляется зональная ликвация в поперечном сечении пробы на глубине среза 12 мм. Определён способ повышения однородности проб для спектрального анализа. С целью увеличения скорости

1Кузьмин Михаил Петрович, аспирант кафедры химии и пищевой технологии, тел.: 89148858397, e-mail: mike12008@yandex.ru

Kuzmin Mikhail, Postgraduate of the Department of Chemistry and Food Technology, tel.: 89148858397, e-mail: mike12008@yandex.ru

2Кузьмина Марина Юрьевна, кандидат химических наук, доцент кафедры металлургии цветных металлов, тел.: 89148911694, e-mail: kuzmina.my@mail.ru

Kuzmina Marina, Candidate of Chemistry, Associate Professor of the Department of Non-Ferrous Metals Metallurgy, tel.: 89148911694, e-mail: kuzmina.my@mail.ru