СПОСОБ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА КОНЦЕНТРАЦИЙ АРСЕНОПИРИТА, ПИРРОТИНА, ПИРИТА В КОНЦЕНТРАТЕ СУЛЬФИДНОЙ РУДЫ
METHOD OF RAPID DETERMINATION OF CONCENTRATION OF ARSENOPYRITE, PYRROHTINE, PYRITE IN SULPHIDE ORE CONCENTRATE

Изобретение относится к способам извлечения металлов из руд. Может быть использовано на извлекательных или обогатительных фабриках, на опытно-промышленных установках для оперативного определения концентраций триады сульфидных минералов - арсенопирита, пирротина, пирита - в исходных рудах или промежуточных продуктах технологического процесса, преимущественно, во флотационных или гравитационных концентратах первичных сульфидных золотосодержащих руд. По технологическим свойствам такие руды относятся к упорным. Рудообразующий металл, в частности золото, находится в виде окклюдированных тонковкрапленных, ассоциированных включений и сростков с сульфидными минералами.
Известным способом определения состава руд и промежуточных технологических продуктов извлечения металлов, в том числе - концентрата, является количественный минералогический анализ.
Аналогом изобретения является минералогический анализ состава полезных ископаемых и минералов [Джонс М.П. Прикладная минералогия. М.: Недра, 1991, с.202-205]. Способ заключается в физико-химическом определении качественного и количественного состава полезных ископаемых и минералов при помощи сканирующего электронного микроскопа.
Недостатком известного способа минералогического анализа является длительность определения до 70-80 часов и, следовательно, неэффективность использования для оперативного контроля технологических процессов.
Прототипом изобретения является способ количественного химического анализа для определения количества железа в рудах и продуктах их переработки [Филиппова Н.А. Фазовый анализ руд и продуктов их переработки. М.: Химия, 1975, с.244, 243].
Способ количественного химического анализа включает химическое разделение сульфидных минералов железа и определение в них количества железа. Образец растворяют в соляной кислоте при кипячении без доступа воздуха. Отделяют раствор, содержащий пирротин, от твердого остатка, содержащего арсенопирит (сложный, сульфид) и пирит (простой сульфид). Определяют количество железа, содержащегося в пирротине. Определяют сумму количества железа, содержащегося в арсенопирите и пирите.
Недостатком прототипа является ограничение технологических возможностей вследствие определения общего количества железа в арсенопирите и в пирите. Недостатком прототипа также является недостаточная точность. Исследуемые руды совместно с рудными сульфидными минералами содержат до 50% и более нерудных минералов и минералов-примесей, присутствие которых при анализе снижает точность результатов.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, повышение точности и оперативности способа экспресс-анализа концентраций арсенопирита, пирротина и пирита.
Задача решается тем, что в способе экспресс-анализа концентраций арсенопирита, пирротина и пирита в концентрате сульфидной руды, включающем химическое разделение сульфидов железа посредством соляной кислоты, согласно изобретению определяют средний элементный состав в каждом из триады сульфидных минералов -арсенопирите, пирротине, пирите - рентгено-спектральным (RS) электронно-зондовым анализом (далее - микрозондовый анализ), и затем выполняют расчетно-аналитическую часть экспресс-анализа.
RS
n
n-1
2
Выполняют микрозондовый анализ проб-аншлифов сульфидных минералов. Получают средний элементный состав, т.е. концентрацию каждого элемента в минерале - w, каждого из триады сульфидных минералов - арсенопирита FeAsS, пирротина FeS, пирита FeS.
Вычисляют реперный коэффициент каждого из триады сульфидных минералов. Реперный коэффициент минерала - условная величина. Представляет собой отношение суммы концентраций (массовых долей) элементов минерала к концентрации (массовой доле) реперного, т.е. показательного (маркерного) элемента этого минерала. Реперным элементом арсенопирита является мышьяк, т.к. в триаде сульфидных минералов он содержится только в арсенопирите. Для пирротина и пирита реперным элементом является железо.
Реперный коэффициент арсенопирита вычисляют по формуле:
где
FeAsS
R - реперный коэффициент арсенопирита;
RS
FeAsS
w[As] - концентрация мышьяка в арсенопирите, %;
RS
FeAsS
w[Fe] - концентрация железа в арсенопирите, %;
RS
FeAsS
w[S] - концентрация серы в арсенопирите, %.
Реперный коэффициент пирротина вычисляют по формуле (далее пирротин обозначен химической формулой FeS):
где
FeS
R - реперный коэффициент пирротина;
RS
FeS
w[Fe] - концентрация железа в пирротине, %;
RS
FeS
w[S] - концентрация серы в пирротине, %.
Реперный коэффициент пирита вычисляют по формуле:
где
FeS2
R - реперный коэффициент пирита;
- концентрация железа в пирите, %;
- концентрация серы в пирите, %.
Выполняют количественный анализ концентрата, определяют концентрацию мышьяка и концентрацию железа в концентрате.
Вычисляют концентрацию арсенопирита в концентрате, по формуле:
где
Kонцентрата
w[FeAsS] - концентрация арсенопирита в концентрате, %;
Kонцентрата
w[As] - концентрация мышьяка в концентрате, %;
FeAsS
R - реперный коэффициент арсенопирита.
Вычисляют концентрацию железа арсенопирита (приходящегося на арсенопирит), в концентрате, по формуле:
где
FeAsS
w[Fe] - концентрация железа арсенопирита в концентрате, %;
Kонцентрата
w[FeAsS] - концентрация арсенопирита в концентрате, %;
RS
FeAsS
w[Fe] - концентрация железа в арсенопирите, %;
100 - суммарная концентрация элементов арсенопирита, %.
2
2
3
2
3
2
3
10
Проводят фракционный анализ концентрата в тяжелой жидкости. Получают две фракции - рудную (тяжелую) и нерудную (легкую). Рудная фракция состоит из минералов, содержащих железо - арсенопирита FeAsS, пирротина FeS, пирита FeS, антимонита SbS. Нерудная фракция состоит из минералов, не содержащих железо - сульфосолей сурьмы, кварца SiO, кальцита СаСO, мусковита КА1 [(ОН, F)|AlSiO] и минералов-примесей. Далее рудная фракция обозначена термином «экспресс-концентрат» или «Э-Концентрат».
2
3
2
Антимонит SbS является минералом, не содержащим железо, и присутствует в концентрате сульфидной руды в концентрации до 6%. В последующих этапах экспресс-анализа содержание антимонита в экспресс-концентрате не учитывают и исходят из допущения, что экспресс-концентрат состоит из арсенопирита FeAsS, пирротина FeS, пирита FeS.
Отделяют пирротин от арсенопирита и пирита. Растворяют пробу-навеску экспресс-концентрата в концентрированной соляной кислоте и разделяют жидкую и твердую фазы. Пирротин растворяется в соляной кислоте, арсенопирит и пирит остаются в осадке.
Определяют вес нерастворимого осадка экспресс-концентрата, состоящего из арсенопирита и пирита.
Вычисляют суммарную концентрацию арсенопирита и пирита в экспресс-концентрате по формуле:
где
2
Э-Концентрата
w[FeAsS+FeS] - суммарная концентрация арсенопирита и пирита в экспресс-концентрате, д.е.;
2
Э-Концентрата
Р[FeAsS+FeS] - вес нерастворимого осадка экспресс-концентрата, г;
Р[Э-Концентрата] - вес экспресс-концентрата, г.
Выполняют количественный анализ нерастворимого осадка экспресс-концентрата, определяют суммарную концентрацию железа арсенопирита и пирита (приходящегося на арсенопирит и пирит) в концентрате.
Вычисляют концентрацию пирротина в концентрате по формуле:
где
Kонцентрата
w[FeS] - концентрация пирротина в концентрате, %;
Концентрата
w[Fe] - концентрация железа в концентрате, %;
2
Э-Концентрата
w[FeAsS+FeS] - суммарная концентрация арсенопирита и пирита в экспресс-концентрате, д.е.;
- суммарная концентрация железа арсенопирита и пирита в концентрате, %;
FeS
R - реперный коэффициент пирротина.
Вычисляют концентрацию пирита в концентрате по формуле:
где
2
Концентрата
w[FeS] - массовая доля пирита в концентрате, %;
2
Э-Концентрата
w[FeAsS+FeS] - суммарная концентрация арсенопирита и пирита в экспресс-концентрате, д.е.;
- суммарная концентрация железа арсенопирита и пирита в концентрате, %;
FeAsS
w[Fe] - концентрация железа арсенопирита в концентрате, %;
FeS2
R - реперный коэффициент пирита.
Возможно проводить фракционный анализ после микрозондового анализа.
Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей и повышение оперативности способа экспресс-анализа в следствие,
во-первых, вычисления концентраций триады сульфидных минералов посредством измерения концентраций реперных элементов (мышьяка и железа), а также с использованием условных реперных коэффициентов каждого из триады сульфидных минералов;
во-вторых, дедуктивно-индуктивного измерения и вычисления поэтапно на четырех иерархических химических уровнях - минерала (т.е. вещества), концентрата, экспресс-концентрата, нерастворимого осадка экспресс-концентрата;
Техническим результатом также является повышение точности способа за счет возможности непосредственного исследования экспресс-концентрата, исключая нерудные минералы, минералы, не содержащие железа, и минералы-примеси.
Способ экспресс-анализа концентраций триады сульфидных минералов концентрата, исходной руды или другого промежуточного технологического продукта сульфидной руды способствует повышению степени извлечения полезного рудообразующего металла, например, золота или другого благородного или цветного металла из упорных руд за счет мониторинга и управления качеством технологического процесса, в первую очередь регулированием рН среды и режимов загрузки в зависимости от концентрации триады сульфидных минералов.
Способ экспресс-анализа осуществляют следующим образом.
2
3
Принимают допущение об исключении из вычислений содержание антимонита SbS в концентрате.
Концентрация веществ и элементов представляет собой массовые доли, выраженные в процентах, т.н. весовые проценты.
n
n-1
2
1. Проводят микрозондовый анализ проб-аншлифов каждого из минералов - арсенопирита FeAsS, пирротина FeS, пирита FeS. Используют известные методы математической статистики. Получают средний элементный состав арсенопирита, пирротина, пирита.
2. Вычисляют реперные коэффициенты для каждого из триады сульфидных минералов - арсенопирита, пирротина, пирита.
Реперный коэффициент арсенопирита:
где
FeAsS
R - реперный коэффициент арсенопирита;
RS
FeAsS
w[As] - концентрация мышьяка в арсенопирите, %;
RS
FeAsS
w[Fe] - концентрация железа в арсенопирите, %;
RS
FeAsS
w[S] - концентрация серы в арсенопирите, %.
Реперный коэффициент пирротина:
где
FeS
R - реперный коэффициент пирротина;
RS
FeS
w[Fe] - концентрация железа в пирротине, %;
RS
FeS
w[S] - концентрация серы в пирротине, %.
Реперный коэффициент пирита:
где
- реперный коэффициент пирита;
- концентрация железа в пирите, %;
- концентрация серы в пирите, %.
Микрозондовый анализ и вычисление реперных коэффициентов каждого из триады сульфидных минералов проводят однократно для очередной партии руды.
Дальнейшие этапы экспресс-анализа текущей партии руды выполняют в оперативном режиме, например, ежедневно один или несколько раз в смену. Для каждой партии руды отдельно вычисляют реперные коэффициенты.
Концентрата
3. Выполняют количественный анализ пробы концентрата одним из известных способов, например, спектральным, рентгеноспекральным или химическим. Определяют концентрацию мышьяка w[As] и концентрацию железа
Концентрата
w[Fe] в концентрате.
4. Вычисляют концентрацию арсенопирита в концентрате
где:
Концентрата
w[FeAsS] - концентрация арсенопирита в концентрате, %;
Концентрата
w[As] - концентрация мышьяка в концентрате, %;
FeAsS
R - реперный коэффициент арсенопирита.
5. Вычисляют концентрацию железа арсенопирита в концентрате.
где
FeAsS
w[Fe] - концентрация железа арсенопирита в концентрате, %;
Концентрата
FeAsS
RS
w[FeAsS] - концентрация арсенопирита в концентрате, %; w[Fe] - концентрация железа в арсенопирите, %;
100 - суммарная концентрация элементов арсенопирита, %.
6. Проводят фракционный анализ пробы концентрата сульфидной руды. Используют любую из известных тяжелых жидкостей. Получают экспресс-концентрат.
7. Отделяют пирротин от арсенопирита и пирита. К пробе-навеске экспресс-концентрата добавляют концентрированную соляную кислоту при объемном соотношении 1:50, кипятят в течение 30 минут без доступа воздуха. Полученную суспензию фильтруют, отделяют нерастворимый осадок. Осадок промывают, сушат. Жидкая фаза содержит растворенный сульфид железа - пирротин. Осадок содержит нерастворимые в соляной кислоте арсеносульфид железа - арсенопирит и дисульфид железа - пирит.
8. Взвешивают нерастворимый осадок экспресс-концентрата, получают его вес.
9. Вычисляют суммарную концентрацию арсенопирита и пирита в экспресс-концентрате
где
2
Э-Концентрата
w[FeAsS+FeS] - суммарная концентрация арсенопирита и пирита в экспресс-концентрате, д.е.;
2
Э-Концентрата
P[FeAsS+FeS] - вес нерастворимого осадка экспресс-концентрата, г;
Р[Э-Концентрата] - вес экспресс-концентрата, г.
2
10. Выполняют количественный анализ нерастворимого осадка экспресс-концентрата также одним из известных способов, например, спектральным, рентгеноспектральным или химическим. Получают величину суммарной концентрации железа арсенопирита и пирита w[Fe] (FeAsS+FeS) в концентрате.
11. Вычисляют концентрацию пирротина в концентрате
где:
Концентрата
w[FeS] - концентрация пирротина в концентрате, %;
Концентрата
w[Fe] - концентрация железа в концентрате, %;
2
Э-Концентрата
w[FeAsS+FeS] - суммарная концентрация арсенопирита и пирита в экспресс-концентрате, д.е.;
- суммарная концентрация железа арсенопирита и пирита в концентрате, %;
FeS
R - реперный коэффициент пирротина.
12. Вычисляют концентрацию пирита в концентрате
где
2
Концентрата
w[FeS] - концентрация пирита в концентрате, %;
2
Э-Концентрата
w[FeAsS+FeS] - суммарная концентрация арсенопирита и пирита в экспресс-концентрате, д.е.;
- суммарная концентрация железа арсенопирита и пирита в концентрате, %;
FeAsS
w[Fe] - концентрация железа арсенопирита в концентрате, %;
FeS2
R - репетный коэффициент пирита.
Возможны варианты выполнения экспресс-анализа, например, исходной руды, флотационного или гравитационного концентрата, биокека или другого промежуточного продукта технологического процесса обогащения или извлечения благородных или цветных металлов, а также других ценных элементов.
Пример.
Способ экспресс-анализа концентраций арсенопирита, пирротина и пирита выполнен на золотоизвлекательной фабрике Олимпиадинского ГОКа по регламенту технологии BIONORD, основанной на флотационно-сорбционном способе извлечения золота, и, включающей биоокисление флотоконцентрата при помощи ассоциации микроорганизмов Sulfobacillus olympiadicus, Ferroplasma acidiphilum, Leptospirillum ferrooxidans. Выполнен экспресс-анализ флотоконцентрата перед операцией биоокисления в следующем порядке:
1. Микрозондовый анализ аншлифов сульфидных минералов: арсенопирита, пирротина и пирита. Выполнен на сканирующем электронном микроскопе EVO Н50 (Karl Zeiss) с детектором вторичных электронов Everhardt Thornly и детектором отраженных электронов 4Q-BSD. Электронный микроскоп оснащен системой энергодисперсионного микроанализа INCA Energy (Oxford Instruments) с компьютерным интерфейсом на базе операционной системы Windows. Результаты микрозондового анализа представлены в таблице 1.
Таблица 1
Элементный состав сульфидных минералов флотоконцентрата
Сульфидный минерал
Химическая формула
Концентрация элементов в минералах, %
w<sup>RS</sup>[Fe]
w<sup>RS</sup>[As]
w<sup>RS</sup>[S]
Арсенопирит
FeAsS
35,0
41,9
23,1
Пирротин
Fe<sub>n</sub>S<sub>n-1</sub>
59,3
0
40,7
Пирит
FeS<sub>2</sub>
46,6
0
53,4
2. Вычисление реперных коэффициентов.
Реперный коэффициент арсенопирита
Реперный коэффициент пирротина
Реперный коэффициент пирита
3. Рентгенофлуоресцентный количественный анализ флотоконцентрата. Выполнен на рентгенофлуоресцентном анализаторе-спектрометре Axios.
Концентрата
Концентрация мышьяка во флотоконцентрате w[As]=7,65%.
Концентрата
Концентрация железа во флотоконцентрате w[Fe]=32,70%.
4. Вычисление концентрации арсенопирита во флотоконцентрате.
Концентрата
Концентрата
FeAsS
W[FeAsS]=W[As]×R=7,65%×2,39=18,28%.
5. Вычисление концентрации железа арсенопирита во флотоконцентрате.
3
6. Фракционный анализ флотоконцентрата, получение экспресс-концентрата (рудной фракции флотоконцентрата). В качестве тяжелой жидкости использован трибромзамещенный метан (бромоформ) СHВr.
7. Растворение в соляной кислоте. К пробе-навеске экспресс-концентрата 5 г добавляют 250 мл концентрированной соляной кислоты НСl, кипятят без доступа воздуха в течение 30 мин. Добавляют 250 мл воды при температуре 70-80°. Фильтруют. Нерастворимый осадок промывают на фильтре водой с температурой 70-80°. Затем, промывают на фильтре 1%-ным раствором соляной кислоты объемом 750 мл. Сушат в сушильном шкафу при температуре 100-105°С до стабилизации веса.
8. Взвешивание нерастворимого осадка экспресс-концентрата на лабораторных весах.
2
Э-Концентрата
Р[FeAsS+FeS]=2,51 г.
9. Вычисление суммарной концентрации арсенопирита и пирита в экспресс-концентрате
10. Рентгенофлуоресцентный количественный анализ нерастворимого осадка экспресс-концентрата, определение концентрации железа. Выполнен на рентгенофлуоресцентном анализаторе-спектрометре Axios. Измеряют суммарную концентрацию железа арсенопирита и пирита в концентрате
2
w[Fe](FeAsS+FeS)=23,20%.
11. Вычисление концентрации пирротина во флотоконцентрате.
12. Вычисление концентрации пирита во флотоконцентрате.
Результаты экспресс-анализа концентраций арсенопирита, пирротина, пирита флотоконцентрата Олимпиадинского ГОКа представлены в таблице 2.
Таблица 2
- Концентрация сульфидных минералов во флотоконцентрате отделения биоокисления Олимпиадинского ГОКа.
Сульфидные минералы флотоконцентрата.
Концентрация (массовые доли), %
Арсенопирит
18,28
Пирротин
35,66
Пирит
11,18
Нерудные минералы, минералы, не содержащие железо, минералы-примеси
Остальное
В общий состав флотоконцентрата входят нерудные минералы, минералы, не содержащие железо, минералы-примеси, определение концентраций которых не входит в экспресс-анализ.
Использованы стандартная лабораторная посуда и оборудование.
Средняя точность экспресс-анализа составляет 95-96%. Продолжительность экспресс-анализа 30-60 минут. Экспресс-анализ выполняют один или несколько раз в смену.