научная статья по теме ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НАНОСЕКУНДНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ Физика

Текст научной статьи на тему «ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НАНОСЕКУНДНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ»

ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2008, том 72, № 10, с. 1403-1406

УДК 622.7+621.373

ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НАНОСЕКУНДНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ

© 2008 г. Т. А. Иванова, И. Ж. Бунин, И. А. Хабарова

Институт проблем комплексного освоения недр РАН, Москва E-mail: bunin_i@mail.ru

Мощные наносекундные электромагнитные импульсы вызывают изменение химического и фазового состава поверхности сульфидных минералов (пирротина и пентландита), их сорбционной, флотационной и химической активности. Изучали влияние условий и параметров электроимпульсного воздействия на изменение количества элементарной серы и окислов железа на поверхности минеральных частиц, а также концентрации ионов железа и сульфоксидных ионов в водной фазе минеральной суспензии. Определены параметры предварительной импульсной обработки пирротина и пентландита, при которых возможно улучшение результатов флотационного разделения минералов.

Направленное изменение поверхностных свойств минералов может быть осуществлено посредством энергетических воздействий на руду или минеральную пульпу [1]. Мощные наносекундные электромагнитные импульсы (МЭМИ), использующиеся в процессах дезинтеграции и вскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов благородных металлов [2], вызывают изменение химического и фазового состава приповерхностного слоя сульфидных минералов [3]. Это может быть либо результатом окислительно-восстановительных процессов вследствие образования озона [4], либо эффектом непосредственного влияния МЭМИ на химический состав образуемых соединений.

Исследовали эффект влияния МЭМИ и озона, образующегося в процессе импульсного воздействия, на изменение химического состава поверхности пирротина и связанные с ними изменения ионного состава водной фазы суспензии, сорбционной и флотационной активности поверхности в зависимости от интенсивности импульсного воздействия в диапазоне (0.5-10) ■ 103 имп., а также с учетом количества и щелочности воды, увлажняющей минеральный порошок перед обработкой.

Эксперименты проводили на порошкообразных образцах пирротина (Бе1 _ выделенного из медно-никелевой пирротинсодержащей руды Норильского региона (Ре 49.75%; Си 2.98%; N1 4.4%), и на пентландит-пирротиновой пробе (Бе 42.9%; Си 4.7%; N1 16.3%) с размером (крупностью) частиц (-0.16 + 0.08) мм. Навески минералов подвергали воздействию сериями наносекундных МЭМИ с амплитудой напряженности электрической компоненты поля порядка 107 В/м и частотой повторения импульсов 100 Гц. Частицы минералов перед

воздействием увлажняли кислыми или щелочными водными растворами.

Озон, как сильный окислитель, способен интенсифицировать процессы окисления на поверхности сульфидов. При помощи индикатора индиго-кармина показано [4], что при обработке сульфидных минералов МЭМИ в межэлектродном пространстве происходит образование озона с концентрацией не менее 0.2 мг/л в зоне обработки минералов.

Окислительная способность озона объясняется легкостью отдачи им активированного атома кислорода 03 = 02 + О (энергия отрыва атома кислорода от молекулы 03 107 кДж/моль) и высоким сродством 03 к электрону (2.26 эВ). Благодаря высокому окислительному потенциалу, озон вступает во взаимодействие со многими минеральными веществами. В литературных источниках отсутствуют сведения о реакциях окисления пирротина озоном. Окисление пирита (Бе82) озоном в присутствии катализатора может сопровождаться образованием элементарной серы и соответствующего окисла [5] по реакциям

3Бе82 + 03 ^ ЗБеО + 6Б, (1)

2Бе82 + 03 ^ Бе203 + 4Б. (2)

Катализатором этих реакций может служить воздействие МЭМИ. Взаимодействие озона с пиритом может быть также описано реакцией [6]

2Бе82 + 603 ^ Бе2(804)3 + Б0 + 302 (3)

или, с учетом серной кислоты, образовавшейся при окислении озоном элементной серы [5, 6],

2Бе82 + 303 + 3Н2804 ^

2 3 2 4 (4)

^ Бе2 (804 )3 + 48 + 302 + 3Н20.

о Ре С Iм -1 Р Спектр 7 е Ре№ N1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 1213 Полная шкала 2210 имп. кэВ Курсор: 11.097 (8 имп.)

т 1 Л •

< * ъ * С V #

Л. гут,

УЧ - •

10 мкм I 1

~1-1-1-1-1-г

1 2 3 4 5 6 7 Полная шкала 486 имп. Курсор: 4.796 (5 имп.)

~1-1-г

9 10 11

кэВ

Рис. 1. Новообразования на поверхности пирротина в результате нетеплового воздействия наносекундных МЭМИ (103 имп.), отраженные электроны (а, в); рентгеновские спектры от них (б, г).

Известно, что если вода присутствует в порошкообразном образце в связанном (пленочном) состоянии, то процесс окисления сульфидов протекает быстрее, чем в водных суспензиях, где вода присутствует свободно. По мере накопления в водной пленке ионов Ре3+ значительное развитие могут получить реакции окисления минерала трехвалентным железом:

Ре82 + 4Ре2 (804)3 + 4Н20 ^ ^ 9Ре804 + 4Н2804 + 8.

(5)

По данным рентгенографического анализа [7], при окислении пирротина в процессе механоакти-вирования на его поверхности образуется смесь новых фаз: Реи8и + 1 + 4Ре2(804)3 ■ 5Ре203 ■ 27Н20 + + Ре804 ■ 4Н20 + 8.

Окисление пирротина озоном, выделяющимся в процессе импульсной обработки, предположительно, может также сопровождаться образованием элементарной серы, окислов железа и водорастворимых сульфатов двух- и трехвалентного железа, которые по мере накопления сами способны активно окислять минерал. На рис. 1а, в представлены микрофотографии участков поверхности частицы пирротина после воздействия МЭМИ (всего 104 имп). В местах локализации каналов электрического пробоя помимо микротрещин и дефектов поверхности обнаружены новообразования сложной морфологии, которые, по данным рентгеновского микроанализа, можно отнести к новообразованиям серы, окислов железа и, предположительно, нерастворимых полисульфидов. На рентгеновских спектрах, приуроченных к указанным областям поверхности пирротина, помимо пиков интенсивности, соответствующих Ре, N1, Си и 8, прослеживается четкий пик кислорода (рис. 16, г).

При исследовании свойств пирротина после воздействия сериями МЭМИ (103; 5 ■ 103 и 104 имп.) определяли количество элементарной серы, экстрагированной с поверхности частиц гексаном, а также концентрацию серо- и железосодержащих ионов в водной фазе минеральной суспензии колориметрическим методом с сульфосалициловой кислотой. Установлен эффект изменения химического состава поверхности сульфида и концентрации ионов в водной фазе суспензии за счет перехода водорастворимых новообразований в раствор.

Растворимость в воде чистого (неокисленного) пирротина составляет всего 53.6 ■ 10-6 моль/л, в то время как растворимость сульфатов железа на три-четыре порядка выше [8]. Пирротин относится к легкоокисляющимся сульфидам железа: на поверхности минеральных частиц и в водной фазе суспензии обнаруживаются продукты его окисления. Анализ жидкой фазы образцов в исходном (без электроимпульсного воздействия) состояния показал наличие некоторого количества водорастворимого закисного (Ре3+) и окисного (Ре2+) железа с преобладанием закисного трехвалентного железа. Также в жидкой фазе суспензии обнаруживаются

раздельно сульфид- (82) и сульфит- (80^) ион, а

тиосульфат- (82 0^) и сульфат- (80^) ион титри-метрически не выявлялись.

Обработка образцов сериями МЭМИ (103; 5 ■ 103 и 104 имп.) вызвало изменение состава и концентрации ионов в водной фазе суспензии, причем зависимости концентрации Ре+3 и 8 от интенсивности импульсного воздействия имеют нелинейный ха-

а

ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ

1405

рактер (рис. 2а). Повышение концентрации ионов Бе+3 в водной фазе после импульсного воздействия (103 имп.) свидетельствует об окислении сульфида железа с образованием растворимых в воде окислов или сульфата трехвалентного железа Ре2(804)3. Снижение концентрации Бе+3 при увеличении интенсивности воздействия (5 ■ 103 имп.) может свидетельствовать о дальнейшем окислении пирротина с участием образовавшихся ионов трехвалентного железа согласно реакции (5). В результате импульсного воздействия (103 имп.) в жидкой фазе были обнаружены тиосульфат- и сульфат-ионы, а присутствие сульфид- и сульфит-иона обнаружить не удалось. Тот же эффект был установлен и для других режимов обработки [4]. Как и для сульфат-ионов, при данном режиме импульсной обработки обнаруживается наибольшая концентрация ионов Ре3+, что указывает на наибольшее количество образовавшихся водорастворимых сульфатов железа.

Экстракционно-фотометрический анализ количества элементарной серы, удаленной с поверхности минерального порошка пирротина гекса-ном, показал, что при увеличении интенсивности импульсного воздействия (в диапазоне с 5 ■ 103 до 104 имп.) количество элементарной серы на поверхности частиц пирротина сначала незначительно, а затем резко возрастает (рис. 2а). Это связано с процессом окисления сульфидной серы: с переходом ее из двухвалентного состояния в нуль-валентное состояние в соответствии с реакциями (1) и (2) и дополнительным образованием (5). Полученные данные согласуются с результатами рентгеновского микроанализа химического состава поверхности и данными об изменении гидрофобно-сти минеральных частиц после воздействия МЭМИ в указанном диапазоне.

Для улучшения технологий флотационного разделения минералов с близкими физико-химическими свойствами большой интерес представляют данные по изменению гидрофобности поверхности минералов (флотируемости) в результате энергетических воздействий [1]. Предварительная обработка минеральных порошков сериями МЭМИ вызывала контрастное (нелинейное) изменение флотационной активности пирротина и пентландита (рис. 26). Снижение флотируемости, характерное для пирротина в области малой интенсивности импульсного воздействия, соответствует наиболее высокому содержанию окисленного железа (рис. 26). Максимальный выход никелевого минерала (пентландита - (Бе, №)9Б8) в пенный продукт флотации отвечает режиму предварительной импульсной обработки, при котором наблюдается минимальная флотируемость пирротина в присутствии реагента ДМДК (диметилдитиокарбамата). Таким образом, выявлены параметры предварительной обработки МЭМИ, при которых возможно улучшение результатов флотационного разделения пи

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком