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 |

Механизм воздействия наносекундных электромагнитных импульсов на структурно-химические и флотационные свойства пирита и арсенопирита

-- [ Страница 2 ] --

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

. На примере исследованных минералов (пирита и арсенопирита) установлена трехстадийность протекания процесса структурно-химического преобразования поверхности железосодержащих сульфидов при воздействии импульсных полей высокой напряженности:

(1) начальная стадия (< 0,1кДж) - окисление пирита(арсенопирита) с образованием железодефицитного сульфида Fe1-xS2-y,где x>>y (Fe1-a As1-b S1-c. где c>> a,b), оксидов и гидроксидов железа FexOy-FeOOH (FexOy - FeOOH - AsxOy) и интенсивному формированию гидрофобной элементной серы S0 на поверхности пирита(незначительному увеличению серы, связанной в полисульфид Sn2-);

(2) интервал энергий электроимпульсного воздействия (0,10,5·кДж) обусловливает « обновление» поверхности пирита (арсенопирита) вследствие протекания процесса термического удаления элементной S0 (полисульфидной Sn2-) серы c поверхности сульфида в виде сернистого газа;

(3) при энергиях электромагнитной обработки (>1,0 кДж) начинается новый этап интенсивного окисления пирита (арсенопирита);

. Электроимпульсная обработка приводит к разнонаправленному изменению электрофизических свойств минералов: росту положительного значения - потенциала пирита и увеличению отрицательного значения -потенциала арсенопирита, что способствует повышению контрастности технологических свойств минералов. Сдвиг - потенциала пирита в положительную область значений способствует адсорбции анионного собирателя (например, ксантогената) и гидрофобизации поверхности минерала. Переход - потенциала арсенопирита в область отрицательных значений препятствует закреплению ксантогената и снижает флотируемость минерала в концентрат.

. Механизм повышения селективности флотационного разделения изученных минералов после воздействия МЭМИ заключается в следующем:

– повышение флотационной активности пирита при малых энергиях (<0,1кДж) высокоимпульсной обработки связано с формированием элементной серы S0 в интервале от 0,1 кДж до 1 кДж - c изменением фазового состава (увеличение доли сульфатов железа поверхностном слое) и электрофизических свойств поверхности (снижение концентрации свободных электронов ne и сдвига - потенциала в положительную сторону).;– снижение флотационной активности арсенопирита обусловлено увеличением гидратированности поверхности минерала в процессе обработки, а также с изменением электрофизических и электрохимических свойств: увеличение концентрации свободных электронов ne и сдвигом потенциала в отрицательную сторону.

Научная новизна работы заключается в выявлении механизма процесса структурно-химических преобразований поверхности железосодержащих сульфидов (пирита, арсенопирита) при воздействии импульсных полей высокой напряженности:

Впервые выявлены три стадии процесса структурно-химического преобразования поверхности пирита и арсенопирита в зависимости от энергии наносекундного импульсного воздействия.

Установлено влияние МЭМИ на сорбционную активность пирита и арсенопирита, обусловленное изменением электрофизических, электрохимических и физико-химических свойств поверхности минералов.

Впервые экспериментально обоснован эффект изменения флотационной активности пирита и арсенопирита за счет предварительного воздействия МЭМИ.

Достоверность результатов обоснована корректностью поставленных задач, непротиворечивостью полученных результатов и выводов, подтверждена удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных исследований с использованием математической статистики при доверительной вероятности не менее 95%.

Личный вклад автора заключается в подготовке минералов и проведении исследований по влиянию МЭМИ на электрофизические, электрохимические, физико-химические, флотационные свойства и фазовый состав поверхности пирита и арсенопирита, а также в анализе литературных данных по вопросам переработки упорных золотосодержащих пирит-мышьяковистых руд и применения энергетических воздействий в процессах обогащения полезных ископаемых, полученных в работе результатов и обобщении выводов.

Научное значение работы. Вскрыт механизм изменения структурно-химических свойств и фазового состава поверхности пирита и арсенопирита при воздействии наносекундных электромагнитных импульсов, что позволило обосновать оптимальные режимы обработки, обеспечивающие флотационное разделение железосодержащих сульфидов.

Практическое значение работы заключается в разработке оптимальных режимов воздействия наносекундных электромагнитных импульсов на минеральные суспензии для повышения селективности флотационного разделения золотосодержащих пирита и арсенопирита.

Апробация работы. Основные выводы работы и результаты исследований доложены на Научных семинарах УРАН ИПКОН РАН и на Международных научных конференциях: международных совещаниях «Плаксинские чтения» (2007 - 2009 гг), конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва,  2009 г.), XIIII Балканском конгрессе по обогащению полезных ископаемых (2009г.), других научных конференциях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано: в рекомендованных ВАК РФ изданиях – 3, в прочих печатных изданиях – 6, всего – 9 работ.

Структура и объём работы. Диссертации состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 92 наименований, и содержит 110 страниц машинописного текста,   12   рисунков, и   11  таблиц.

Автор глубоко признателен академику РАН, докт. техн. наук, проф. В.А. Чантурия за поддержку и консультации на протяжении всей работы.

Автор выражает благодарность и признательность доктору наук о Земле, профессору Л.О. Филиппову.

Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории разделения минеральных компонентов отдела проблем комплексного извлечения минеральных компонентов из природного и техногенного сырья за помощь и поддержку: канд. физ.-мат. Наук И.Ж. Бунину, канд. техн. наук Т.Н. Матвеевой канд. техн. наук Э.А.Трофимовой, канд. техн. наук В.И. Богачеву, канд. техн. наук Т.А. Ивановой, вед. инженеру Е.А. Мозольковой; сотрудникам лаборатории минералургии и окружающей среды Национального политехнического института Лотарингии (Франция): доктору наук о земле И.В. Филипповой, инженеру-исследователю Одиль Бари, инженеру - исследователю Фредерику Диоту, инженеру-исследователю Роберту Жуссмэ, инженерам-химикам Мартин Гомиш и Кристин Жоли; сотрудникам лаборатории физической химии и микробиологии окружающей среды (университет Анри Пуанкаре, Франция) инженеру-исследователям Жаку Ламберу и Мартин Мулле.

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, апробации работы и публикациях автора.

1. Актуальность и пути решения проблемы флотационного разделения пирита и арсенопирита

Проблема селекции пирита и арсенопирита на стадии флотационного обогащения не только не утратила своей актуальности, но и, более того, вследствие изменения распределения запасов минерального сырья по типам руд, приобрела более важное значение.

Анализ современной литературы касающейся проблем переработки полезных ископаемых показывает, что энергетические воздействия все чаще рассматриваются как способ интенсификации процессов переработки минерального сырья, в частности и для повышения контрастности свойств, минералов изначально близких по технологическим свойствам. Среди них следует упомянуть электрохимическую, СВЧ-, электроимпульсную, магнитно -импульсную обработку, воздействие потоком ускоренных электронов, мощными наносекундными электромагнитными импульсами.

Обработка мощными наносекундными электромагнитными импульсами представляется наиболее перспективной вследствие глубокой теоретической и практической обоснованности, особый вклад в развитие которой внесено работами В.А. Чантурия, И.Ж. Бунина, В.Д. Лунина и других исследователей. 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. Однако, для выяснения возможностей применения этого метода для флотационного разделения пирита и арсенопирита потребовалось проведение дополнительных исследований по изучению механизма влияния импульсных воздействий на химические и фазовые преобразования поверхности и флотационные свойства пирита и арсенопирита.

В последующих главах диссертационной работы автором представлены результаты исследований по влиянию электроимпульсной обработки на физико-химические, электрофизические, электрохимические, структурно-химические, сорбционные и флотационные свойства пирита и арсенопирита.

2. 2. Закономерности изменения физико-химических свойств поверхности пирита и арсенопирита в зависимости от дозы воздействия МЭМИ

Основная идея применения мощных наносекундных электромагнитных импульсных излучений для повышения селективности флотационного разделения пирита и арсенопирита состоит в выявлении режима высокоимпульсной обработки, обеспечивающего максимальную контрастность физико-химических и электрофизических свойств этих минералов. В работе изучено влияние электроимпульсной обработки в диапазоне затраченных энергий от 0,05 кДж до 1,0 кДж на фазовый состав поверхности пирита и арсенопирита.

2.1. ИК-спектроскопия диффузионного отражения

Применение ИК-спектроскопии диффузионного отражения показало, что поверхность пирита до обработки МЭМИ была уже окислена и состояла из смеси гидратированных сульфатов железа Fe (II)/Fe (III) с преобладанием в ней фазы сульфатов железа (II) FeSO4·7H2O (полосы поглощения (ПП)): 3560, 3467, 3399, 3248 см-1 (H2O) ; 1671 и 1655 см-1 (H2O); 1137, 1093 и 1020 см-1 (2SO4); 985 см-1  (1SO4); 821 см-1 (OH); 625 и 604 см-1 (4SO4)).

На ИК-спектрах минерала также обнаружены слабые ПП оксигидроксидов железа – смеси гетита и лимонита FeOOH-FeOOH·nH2O (серия пиков 3467, 1631, 1116, 1020, 795, 906, 604 см-1), а также ПП кальцита CaCO3 (1421 (3СO3); 873 (2СO3); 713 (4СO3) см-1. Сульфаты кальция проявляют себя на спектре характерными для ангидрита (CaSO4) полосами поглощения SO4-иона в низкочастотной области спектра: 1152, 1115 см-1 (3SO4) и около 680, 625, и 604 см-1 (4SO4), последние из которых могут быть также связаны с сульфатами железа; диагностируется малое количество гипса CaSO4·2H2O. Нельзя исключить также присутствие очень слабых количеств гипса.

В области малых энергий электроимпульсной обработки ( 0,1кДж) спектры порошков пирита практически не отличаются от спектров необработанных образцов. В то время, как после обработки 0,5кДж, поверхность минерала «загипсовывается» (3546-3248-3399 (OH); 1618-1655 (OH); 1115, 604 (SO4) см-1). Одновременно с этим на спектрах образцов уменьшаются полосы поглощения карбонатных групп кальцита (1793, 1421, 873, 713 см-1).

При высокой интенсивности электроимпульсного воздействия (1,0 кДж) на спектрах пирита одновременно с ростом интенсивности валентных и деформационных колебаний OH-групп гидратной воды сульфатов появляются также колебания OH-групп молекул свободной воды (3702 см-1 и 3727 см-1).

С увеличением интенсивности импульсов (0,5кДж) при влажной обработке происходит трансформация кальцита в гипс, полосы поглощения которого (массив 1200900 см-1 (2SO4) и 700600 см-1 (4SO4) и область 35503200 см-1 (H2O гипса) перекрывают на спектрах ПП сульфатов и гидратосульфатов железа, проявляющих валентные колебания SO42- и ОН- групп в тех же областях спектров, что создает трудности для их корректной идентификации. В случае с FeAsS, с точки зрения ИКФС, при увеличении энергии высокоимпульсного воздействия не выявлено значимых изменений на спектрах минерала.

2.2. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС)

Поверхностный слой образцов пирита до обработки МЭМИ был окислен и состоял из разных пропорций нестехиометричного железодефицитного сульфида Fe1-xS2-y (x>y), оксидно-гидроксидной смеси состава [FexOy-FeOOH·nH2O], гидратированных сульфатов железа Fex(SO4)y·nH2O и элементной серы S0.

Фотоэлектронные спектры уже при минимальном электроимпульсном воздействии (0,05 кДж) указывают на окисление поверхности минерала. На O1s спектре пирита наблюдается увеличение интенсивности и уширение фотоэлектронной линии около 529,9 эВ, связанной с кислородом оксидов. Соответственно увеличивается и доля оксидной фазы с 11,63 до 22,31 ат%. Анализ разложения 2p спектра железа показал, что образование оксидов происходит за счет прямого окисления железа связанного в сульфид, на что указывает снижения его концентрации в 1,7 раза по сравнению с исходным образцом. Незначительный вклад (порядка 45 ат.%) в образование оксидов также может привносить железо из сульфатов и гидроксидов (рис. 1 а). Одновременно с оксидами и гидроксидами железа на поверхности образуется элементная сера, концентрация которой увеличивается почти в два раза или с 12,9 % до 23,5 ат% (рис. 1б).

На основании данного анализа можно сделать вывод о протекании процесса интенсивного окисления поверхности сульфида с образованием элементной серы и смеси оксидов и гидроксидов железа при затраченной энергии обработки.

Результаты РФЭС поверхности образца, обработанного 0,1кДж, показывают заметное увеличение доли серы и железа, связанных с сульфатами на 10 и 14% ат., соответсвенно (рис. 1а,б), на фоне снижения содержания элементной серы с 23,6 ат.% до 14,6 ат.% (рис. 1 в). Кроме того, на поверхности идентифицируется на 7 ат% больше атомов Fе, связанных в сульфид, при одновременном снижении атомной концентрации железа, связанного в оксиды и гидроксиды на 20,8 ат% (рис.1а).

При увеличении затраченной энергии до 0,5 кДж наблюдается снижение поверхностной концентрации серы, связанной с сульфатами (рис. 1в), продолжается снижение доли элементной серы на ~7% (рис. 1б), наблюдается рост серы, связанной с сульфидами с 23 до 30 ат.%. и параллельно продолжает увеличиваться доля железа, связанного с сульфидом (рис. 1а).

 Рис.1- Стадии изменения поверхности пирита при воздействии МЭМИ (РФЭС) (а) – изменение-0

Рис.1- Стадии изменения поверхности пирита при воздействии МЭМИ (РФЭС)

(а) – изменение поверхности пирита при воздействии МЭМИ по спектру 2p железа (Fe2p) при воздействии МЭМИ

(б) – изменение поверхностной концентрации элементной серы (спектр S2p) при воздействии МЭМИ

(в) – изменение поверхностной концентрации Fex(SO4)y при воздействии МЭМИ

Кроме того, значительно уменьшается доля атомов кислорода связанных с водой с 21,0 до 4,7 ат.% и увеличивается доля гидроксидов на 22,4 ат%. На основании анализа можно сделать вывод о продолжении процесса температурного удаления с поверхности элементной серы S0, что, очевидно, сопровождается сульфидизацией и дегидратацией поверхности минерала. С увеличением затраченной энергии в до 1,0 кДж в составе поверхностного слоя увеличивается доля соединений серы, связанной с элементной и сульфатной серой, и снижается доля сульфидной серы. Таким образом, режим 1,0 кДж можно характеризовать, как новый этап интенсивного окисления поверхности (рис.1).

Аналогичные тенденции выявлены для изменения фазового состава поверхности арсенопирита при меньшем проявлении происходящих процессов.

3. Влияние воздействия МЭМИ на электрофизические и электрохимические свойства пирита и арсенопирита

Результаты исследования влияния обработки наносекундными электромагнитными импульсами на электрофизические свойства исследуемых минералов показали снижение соотношения ne/np для пирита, обусловленное локальным повышение температуры в местах структурных неоднородностей, что, приводит к активизации электронов собственной проводимости, и они выбрасываются из валентной зоны в зону проводимости. Однако, атомы мышьяка, замещающие серу (табл. 1), являясь многозарядными акцепторными центрами, работают как «ловушки» для эмитированных электронов.

Таблица 2 – Влияние МЭМИ на электрофизические свойства пирита и арсенопирита

Минерал затрач. энергия, кДж, 10 -1 тип проводимости D*n, % lnR , Ом-1cм-1 , мкВ/°С n, см3 p, см3 ne/np
FeS2 0 pn 12 6,6 0,11/0,11 311 -121 3,1·1019 3,4·1019 0,91
1 pn 19 6,3 2,15/0,9 370 -142 2,4·1020 6,75·1020 0,35
5 pn 12 6,7 5,86/0,21 409 -145 6,8·1019 1,76·1021 0,04
FeAsS 0 n 100 15,6 3,66 -276 1,1·1021 - -
1 n 100 7,7 7,34 -272 2,2·1021 - -
5 n 100 4,3 17,34 -279 5,2·1021 - -


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 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.