авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

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

-- [ Страница 2 ] --

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 – 107 В/м, амплитудой импульса ~ 30 кВ; частота повторения импульсов 100 Гц, энергия в импульсе 0,1 Дж. Диапазон изменения «дозы» электромагнитного импульсного воздействия: 0104 импульсов (01 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 РЭМРСМА 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-11 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 (103 имп).

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 103 имп сдвигается в сторону более отрицательных значений (рис. 4а). Максимальная разница значений электродного потенциала до и после обработки (max) равна 73 мВ и достигается в щелочной среде при рН 10.Электродный потенциал пентландита при обработке 103 имп сдвигается в сторону более положительных значений при рН 5,58,7 (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 103 имп (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 103 имп) 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 ( = 35 % без обработки МЭМИ, = 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)


Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.