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.