WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук

Институте проблем комплексного освоения недр РАН (УРАН ИПКОН РАН), БУНИН Игорь Жанович лаборатория теории разделения минеральных компонентов отдела проблем комплексного извлечения минеральных компонентов из природного и техногенного сырья Научный консультант академик РАН, доктор технических наук, профессор ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ Чантурия Валентин Алексеевич НАНОСЕКУНДНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ НА ПРОЦЕССЫ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ И ВСКРЫТИЯ

Официальные оппоненты:

ТОНКОДИСПЕРСНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ И академик РАН, доктор физико-математических наук, профессор ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ РУД Адушкин Виталий Васильевич доктор технических наук, профессор Краснов Гелий Дмитриевич доктор технических наук, профессор Старчик Леопольд Петрович Ведущая организация – Российский государственный геологоразведочный Специальность 25.00.13 – «Обогащение полезных ископаемых» университет имени Серго Орджоникидзе (РГГРУ)

Защита состоится « 27 » октября 2009 г. в 14 час. 00 мин на заседании диссертационного совета Д. 002. 074. 01 при Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук по адресу: 111020, Е-20, Москва, Крюковский тупик, 4; тел./ факс 8-495-360-89-

Автореферат диссертации на соискание ученой степени Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим доктора технических наук направлять в адрес совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УРАН ИПКОН РАН.

Автореферат разослан «___» __________ 2009 г.

Ученый секретарь Москва – 20диссертационного совета, доктор технических наук Папичев В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

золотосодержащих рудах и промпродуктах различных месторождений высокоэффективная, энергосберегающая и экологически безопасная

Актуальность работы. В процессах обогащения минерального сырья технология обработки материалов, содержащих благородные металлы, около 70 % энергии расходуется на дробление и измельчение руды. Расход мощными наносекундными электромагнитными импульсами (МЭМИ). Было электроэнергии на процесс измельчения до крупности 0,05–0,1 мм в установлено, что данный вид энергетического воздействия применительно к зависимости от типа руд составляет от 20 до 80 кВтч/т. Анализ основных процессам переработки тонкодисперсного минерального сырья позволяет за потерь ценных компонентов в процессах первичной переработки руд счет образования каналов электрического пробоя и микротрещин достичь показывает, что 35–40 % связано со сростками и 30–35 % - с тонкими высокого извлечения ценных компонентов в последующих процессах частицами размером менее 40 мкм. Для снижения этих потерь при уменьшении цианирования золота.

числа сростков и увеличении степени их раскрытия и одновременно без Эффект влияния МЭМИ на процесс дезинтеграции минеральных излишнего переизмельчения руды традиционные неселективные процессы продуктов изучался в лабораторных условиях на установках, не позволяющих дробления и измельчения в щековых, конусных дробилках и шаровых моделировать реальный технологический процесс обработки материала в мельницах должны быть дополнены процессами селективной дезинтеграции и непрерывном режиме. Для создания укрупненных установок вскрытия тонкодисперсного минерального сырья.

полупромышленного типа и достижения максимальных технологических При обогащении полезных ископаемых основная роль дезинтеграции показателей при минимальных энергозатратах требовалось научное заключается в полном раскрытии минеральных сростков с образованием обоснование механизма и основных электрофизических и технологических свободных зерен компонентов для последующего их разделения по физикопараметров воздействия на тонкодисперсное минеральное сырье, химическим характеристикам. Физический смысл перехода к селективной обеспечивающих надежную работу установки в непрерывном режиме при дезинтеграции заключается в организации процесса таким образом, чтобы заданной производительности, что является актуальной научной проблемой, разрушение происходило не по случайным направлениям сжимающих усилий, имеющей важное народнохозяйственное значение. Механизмы воздействия а преимущественно по границам минеральных зерен в результате развития на МЭМИ на природные минеральные среды не имели достаточного их границах сдвиговых и растягивающих нагрузок. Методологической основой теоретического обоснования и, поэтому, не раскрывали причин высокой разработки новых физических процессов селективной дезинтеграции являются эффективности процесса дезинтеграции. Решению данной проблемы фундаментальные исследования видных отечественных и зарубежных учёных:

посвящена диссертационная работа.

И.Н. Плаксина, В.И. Ревнивцева, В.А. Чантурия, Л.А. Вайсберга, Цель работы – развитие теории селективной дезинтеграции В.В. Адушкина, Г.Р. Бочкарева, Ю.В. Гуляева, В.А. Черепенина, В.А. Вдовина, тонкодисперсных минеральных комплексов при воздействии мощных А.Т. Ковалева, В.Е. Вигдергауза, С.Д. Викторова, С.А. Гончарова, наносекундных электромагнитных импульсов, научное обоснование М.Г. Зильбершмидта, Г.Д. Краснова, В.Г. Кулебакина, В.И. Куреца, механизмов дезинтеграции и разработка на этой основе высокоэффективного Г.Я. Новика, Г.В. Седельниковой, В.И. Соловьева, Л.П. Старчика, метода вскрытия микро- и наночастиц благородных металлов с последующим В.И. Ростовцева, Э.А. Хопунова, Т.С. Юсупова, П.П. Ананьева, В.П. Бруева, их извлечением из упорных руд и продуктов обогащения в процессах Ф.Ф. Борискова, Ю.П. Вейгельта, Г.С. Крыловой, А.Ф. Усова, А.Б. Хвана, обогащения и гидрометаллургии.

В.А. Цукермана, U. Andres, E. Forssberg, K.E. Haque, S.W. Kingman и др.

Идея работы. Возможность применения мощных наносекундных Для преодоления физической упорности руд и промпродуктов, раскрытия электромагнитных импульсных излучений для создания каналов пробоя и тонковкрапленных минеральных комплексов весьма перспективны микротрещин в минеральных сростках различной природы без теплового немеханические способы энергетического воздействия, применение которых нагрева вещества и при эффективном использовании энергии.

способствуют реализации процесса селективной дезинтеграции геоматериалов с предельно высокими механическими свойствами без излишнего Основные задачи исследований:

переизмельчения минералов. Большинство из этих методов относятся к так Развитие теории селективной дезинтеграции минералов, научное называемым импульсным энерготехнологиям (Pulsed Power), зародившимся в обоснование оптимальных физико-технических параметров ВПК и находящим в настоящее время применение в горно-перерабатывающей электроимпульсной обработки тонкодисперсного минерального сырья и промышленности.

выдача рекомендаций для создания установок непрерывного действия В УРАН ИПКОН РАН, ИРЭ РАН и ЦНИГРИ под руководством академика повышенной производительности, в том числе:

В.А. Чантурия и академика Ю.В. Гуляева разработана и испытана на упорных 3 - анализ нетрадиционных энергетических методов селективного ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

разрушения руд и раскрытия минералов, направленных на достижение 1. Технологические и энергетические преимущества воздействия МЭМИ наибольшей полноты интергранулярного разрушения минеральных на процесс дезинтеграции упорных золото-сульфидных и вкрапленных меднокомпонентов, вскрытия и извлечения благородных металлов в процессах никелевых руд и промпродуктов в сравнении с другими нетрадиционными обогащения и гидрометаллургии, и обоснование преимуществ и энергетическими методами заключаются в достижении наибольшей полноты эффективности воздействия МЭМИ;

интергранулярного разрушения минеральных компонентов, вскрытия микро- - теоретическое изучение механизмов дезинтеграции тонкодисперсных и наночастиц благородных металлов и, как следствие, максимального минеральных комплексов, вскрытия микро- и наночастиц благородных повышения их извлечения при наименьших затратах электроэнергии.

металлов при воздействии МЭМИ и разработка научно-методических основ 2. При воздействии МЭМИ эффективное разупрочнение тонкодисперсных высокоэффективной технологии электроимпульсной обработки минерального минеральных комплексов и селективное раскрытие сростков достигается сырья;

вследствие реализации механизмов следующих процессов:

- экспериментальное изучение влияния МЭМИ на электрофизические, - образования каналов электрических пробоев матрицы минерала-хозяина механические, физико-химические, технологические свойства и состояние и формирования зон наведенной трещиноватости вокруг каналов по мере их поверхности железосодержащих сульфидов, упорных руд благородных роста в минеральной среде;

металлов и промпродуктов;

- растрескивания минеральных агрегатов по причине возникновения - установление возможностей и обоснование оптимальных режимов термомеханических напряжений на границах срастания минеральных электроимпульсной обработки тонкодисперсного благороднометального компонентов с различными тепло- и электрофизическими свойствами при минерального сырья с целью селективного раскрытия сростков и повышения локальном импульсном нагреве;

извлечения микро- и наночастиц благородных металлов в процессах - поглощения энергии импульсного электромагнитного излучения обогащения и гидрометаллургии;

частицами благородных металлов и полупроводниковыми сульфидными - разработка рекомендаций для создания опытной экспериментальной минералами-носителями (скин-эффект) и в процессе автоэлектронной эмиссии установки и ее апробация при переработке золото- и платиносодержащих руд и с поверхности сульфидов.

продуктов их обогащения.

3. Концентрация и эффективное выделение энергии МЭМИ в Объектами исследований являлись упорные прожилково-вкрапленные электрических разрядах вызывает изменения состояния поверхности, руды золото-сульфидных и золото-сульфидно-кварцевых месторождений в электрофизических и механических свойств сульфидных минералов (пирита, углеродисто-терригенных толщах и концентраты, вкрапленная медноарсенопирита и халькопирита):

никелевая руда и пирротиновые МПГ-содержащие промпродукты Норильского - появление на поверхности минералов зон прорастания каналов промышленного района (НПР), отдельные минеральные зерна и кристаллы, нарушения сплошности в виде эрозионных очагов (фигур) пробоя и трещин, в отобранные из руд и продуктов их обогащения.

местах локализации которых наблюдаются новообразования оксидов железа и Методы исследований. Методы математического моделирования элементной серы;

процесса дезинтеграции минеральных комплексов при воздействии МЭМИ;

- снижение удельного сопротивления на 30-70 %, коэффициента ТЭДС – методы изучения вещественного состава, структуры и свойств минералов:

~25 % и микротвердости – 5-20 % сульфидов в зависимости от интенсивности растровая электронная микроскопия (РЭМ, микроскоп LEO 1420VP), импульсного воздействия и формы импульсов.

рентгеноспектральный микроанализ с электронным зондом (РСМА, 4. Интенсификация процессов вскрытия тонкодисперсных минеральных энергодисперсионный спектрометр INCA Oxford 350), оптическая комплексов благородных металлов и извлечения микро- и наночастиц золота и микроскопия (ОМ, микроскоп Olympus BX51) и оптико-микроскопический серебра при предварительном воздействии МЭМИ и последующем анализ, рентгенофазовый анализ (дифрактометр Rigaku D/MAX-2200), методы цианировании упорных золото-сульфидных руд и промпродуктов; золота и измерения электрофизических свойств (электропроводности и МПГ – при последующем минимальном механическом измельчении и термоэлектродвижущей силы) минералов, микротвердометрия (ПМТ-3М), гравитационном обогащении вкрапленных платиносодержащих продуктов, а инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНАА), масстакже процесса бактериально-химического окисления железосодержащих спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС); методы сульфидов достигается вследствие образования каналов электрического математической статистики для обработки результатов исследований.

5 пробоя, микротрещин и селективного раскрытия сростков при незначительном золотосодержащего минерального сырья: из-за наличия поровой изменении ситовых характеристик представительных проб. (кристаллической) влаги в минералах и при наложении электрического поля возникает пондеромоторный эффект движения воды из объема минерала к 5. Методический подход к созданию высокоэффективной, поверхности, которая расклинивает микротрещины и очищает каналы пробоя энергосберегающей технологии рудоподготовки и опытной от микрочастиц (эффект «пылесоса»). Электроимпульсная обработка влажного полупромышленной установки по воздействию МЭМИ на тонкодисперсное материала интенсифицирует процесс раскрытия сростков и в зависимости от минеральное сырье основан на анализе зависимости технологических вида сырья обеспечивает прирост извлечения благородных металлов от 2 до параметров извлечения благородных металлов в процессах цианирования и 40 % при снижении расхода энергии.

гравитационного обогащения от электрофизических и технологических Впервые экспериментально установлен эффект интенсификации процесса параметров импульсной обработки, вещественного, гранулометрического бактериального выщелачивания сульфидных минералов за счет состава и влажности исходных продуктов.

предварительного воздействия МЭМИ, приводящего к дезинтеграции частиц Научная новизна работы заключается в развитии теории селективного пирита с их дальнейшим разукрупнением и вскрытием минеральной матрицы разрушения минералов и выявлении следующих механизмов дезинтеграции при последующей биообработке в среде при Т : Ж = 1 : 5, состоящей из тонкодисперсных минеральных комплексов при воздействии МЭМИ:

аутотрофных тионовых бактерий (Acidithiobacillus thiooxidans, Acidithiobacillus - разупрочнение минералов вследствие электрических пробоев матрицы ferrooxidans и Leptospirillum ferrooxidans), выделенных из золото-сульфидной руды. После воздействия МЭМИ в процессе биообработки наблюдалось минерала-хозяина с образованием каналов пробоя и формированием зон наведенной трещиноватости в минеральной среде; снижение pH и рост Eh раствора, а концентрация ионов железа в растворе и - дезинтеграция минеральных агрегатов вследствие возникновения скорость окисления пирита существенно превосходили значения, полученные в экспериментах по бактериальному выщелачиванию без предварительного термомеханических напряжений на границах срастания компонентов с различными тепло- и электрофизическими свойствами при локальном энергетического воздействия.

импульсном нагреве;

Достоверность результатов работы обоснована корректностью - поглощение энергии импульсного электромагнитного излучения поставленных задач, непротиворечивостью полученных результатов и субмикроскопическими и ультрадисперсными (наноразмерными) частицами выводов; проверкой теоретических положений и новых решений результатами тонковкрапленных благородных металлов (скин-эффект) и в процессе экспериментальных исследований; соответствием теоретических результатов и автоэлектронной эмиссии с поверхности частиц полупроводниковых выводов об особенностях механизмов дезинтеграции минеральных комплексах сульфидных минералов.

при импульсном воздействии экспериментальным данным, полученным на Впервые показано, что концентрация и эффективное выделение энергии материалах различного вещественного состава; способностью МЭМИ приводит к развитию каналов электрического пробоя, появлению прогнозирования эффективности наносекундного импульсного воздействия на микротрещин и поверхностных новообразований.

тонкодисперсное минеральное сырье с целью повышения извлечения ценных Получены новые экспериментальные данные о влиянии МЭМИ на компонентов в процессах обогащения и гидрометаллургии; применением комплекс электрофизических, механических, физико-химических и методов математической статистики для обработки полученных технологических свойств сульфидных минералов (пирита, арсенопирита), руд экспериментальных данных.

и промпродуктов различного вещественного состава, подтверждающие Личный вклад автора состоит в развитии основной идеи, постановке развиваемые теоретические представления:

целей и задач, создании теоретических основ воздействия МЭМИ на - снижение удельного сопротивления, коэффициента ТЭДС и тонкодисперсное минеральное сырье, разработке методик и участии в микротвердости сульфидов в местах локализации электрических пробоев;

проведении экспериментальных исследований по изучению механизмов - увеличение извлечения золота и серебра при цианировании упорных дезинтеграции минеральных комплексов, анализе и обобщении полученных золотосодержащих руд и промпродуктов при относительно незначительном результатов и обосновании выводов.

изменении ситовых характеристик представительных проб за счет образования Научное значение работы заключается в развитии теории селективной каналов пробоя и микротрещин.

дезинтеграции природных минеральных сред при воздействии мощных Впервые экспериментально установлен эффект синергетического влияния наносекундных электромагнитных импульсов. На основе анализа основных наносекундных МЭМИ и поровой влаги на процесс вскрытия упорного 7 технологических эффектов и уровня энергозатрат при различных видах повышении качества готовых продуктов, оцениваемого по коэффициенту энергетических воздействий на минеральные комплексы и суспензии, концентрирования металла.

проведенного с участием автора, впервые теоретически обоснованы и Реализация результатов исследований. Разработаны исходные данные и экспериментально изучены механизмы дезинтеграции тонкодисперсного создан модульный стендовый образец установки для обработки МЭМИ минерального сырья при воздействии МЭМИ и разработаны базовые минеральных продуктов производительностью ~ 20 кг/ч с целью теоретические модели процесса дезинтеграции.

интенсификации процесса вскрытия и извлечения ценных компонентов, позволяющий в лабораторных условиях в режиме непрерывной подачи Практическое значение работы. Для рассмотренных механизмов материала моделировать технологический процесс рудоподготовки и процесса селективной дезинтеграции минеральных комплексов впервые отрабатывать оптимальные электрофизические параметры и условия выявлены основные факторы (электрофизические параметры импульсов, электроимпульсного воздействия в зависимости от вещественного состава, крупность частиц минерального сырья и тонкодисперсных частиц благородных крупности, влажности и других характеристик минерального сырья.

металлов, влажность материала и др.), обуславливающие эффективность Получены патенты РФ: на способ переработки материалов, содержащих процесса дезинтеграции минеральных комплексов при воздействии МЭМИ, благородные металлы (№ 2139142 и № 2176558); на комбинированный способ анализ которых позволил установить следующие оптимальные параметры и переработки упорного золотосодержащего сырья (№ 2226560) и на способ условия электроимпульсной обработки:

обогащения цеолитсодержащих пород (№ 2264865).

- напряженность электрической компоненты поля импульса с коротким Полученные результаты и научные выводы работы были использованы (ф 1 нс) фронтом и длительностью (и 1–50 нс) сравнима или превосходит при разработке технического задания на проектирование модульной установки электрическую прочность минерального вещества в статическом поле производительностью до 100–300 кг/ч по дезинтеграции вкрапленных (E Eпр 107 В/м), энергия в импульсе 0,1–1,0 Дж, частота следования платиносодержащих продуктов обогащения медно-никелевых руд НПР.

импульсов 10–103 Гц.

Совместно с ОАО ЗФ «ГМК «Норильский никель» проведены укрупненные - максимальное раскрытие минеральных сростков при электроимпульсном испытания на опытном образце экспериментального модульного стенда по воздействии с установленными параметрами следует ожидать для воздействию МЭМИ на минеральное сырье, позволившие подтвердить минеральных частиц крупностью не менее 300–100 мкм, причем эффект эффективность предварительной электроимпульсной обработки: извлечение создания каналов пробоя и селективной дезинтеграции возрастает при МПГ при флотации повысилось на 3 % – 8 %.

обработке влажных продуктов (Т:Ж от 5:1 до 3:1) и наличии зародышевых Апробация работы. Основные выводы работы и результаты трещин.

исследований доложены на Научных семинарах УРАН ИПКОН РАН и более Получены экспериментальные результаты, свидетельствующие о высокой чем на 40 международных и всероссийских научных конференциях:

эффективности предварительной импульсной обработки упорных международных совещаниях «Плаксинские чтения» (2000 - 2008 гг), конгрессах золотосодержащих руд и продуктов их обогащения и вкрапленных обогатителей стран СНГ (Москва, 2001, 2003, 2005, 2007 гг), научных платиносодержащих продуктов обогащения Норильской ОФ (НОФ):

симпозиумах «Неделя горняка» (2002, 2004 - 2008 гг), I международной - прирост извлечения золота при цианировании составил: из упорных руд конференции молодых ученых и специалистов (Москва, ИПКОН РАН, 2002г), на 4–12 %, из концентратов (гравитационных – на 10–30 %, флотационных – VI международной научной конференции «Физические проблемы разрушения 5–45 %), из хвостов ОФ – на 30–80 %; прирост извлечения серебра из упорного горных пород» (Москва, ИПКОН РАН, 2005г), II всероссийском симпозиуме гравитационного концентрата составил 47 % при существенном снижении «Золото Сибири» (Красноярск, 2001г), международной конференции расхода энергии на предварительное измельчение материала;

«Экология Северных территорий России» (Архангельск, 2002г), - максимальный прирост извлечения МПГ и золота в результате Всероссийском симпозиуме «Геология, генезис и вопросы освоения предварительного кратковременного (15 мин) механического измельчения и комплексных месторождений благородных металлов» (Москва, ИГЕМ гравитационного обогащения в концентраторе «Knelson» из материала РАН, 2002г), II всероссийской научной конференции «Химия и химическая песковой фракции отвальных хвостов НОФ составил: Pt - 67 %, Pd - 52,2 %;

технология на рубеже тысячелетий» (Томск, ТПУ, 2002г), международных Au - 74,7 %, а из материала первичного гравитационного концентрата рудного симпозиумах «Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах» (Сочицикла НОФ – Pt - 5,44 %, Pd - 5,9 %, Au - 4,3 % при существенном Лоо, 2003 - 2008 гг), Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в металлургии, химии, обогащении и экологии» (Санкт9 Петербург, 2004г); XXII, XXIII и XIV международных конгрессах по от 100 мкм до 1 мкм), тонкодисперсного (< 1 мкм), субмикроскопического обогащению полезных ископаемых (2003, 2006, 2008 гг), XII Балканском (<0,1 мкм) и ультрадисперсного (наноразмерного) самородного золота, конгрессе по обогащению полезных ископаемых (2007г), международной ассоциированного с пиритом и арсенопиритом. Поэтому, вовлечение руд конференции по математическому моделированию (Сингапур, 2004г), II коренных месторождений в переработку сопряжено с преодолением международном конгрессе по нанотехнологиям (США, Сан-Франциско, 2005г); технологических трудностей, которые обусловлены «физической» и международных конгрессах «Минералы, металлы, материалы», TMS (США, «химической» упорностью руд.

2006, 2007 гг) и на других научных конференциях. В первом разделе диссертации представлены результаты анализа основных тенденций развития современных подходов к решению проблемы Публикации. По теме диссертации опубликовано более 130 научных интенсификации процесса селективной дезинтеграции тонкодисперсного работ, в том числе монография, в рекомендованных ВАК РФ изданиях – 25, минерального сырья и высокоэффективных методов (табл. 1), направленных получено 4 патента РФ на изобретение.

на преодоление физической упорности руд и повышение извлечения полезных Структура и объём работы. Диссертации состоит из введения, пяти компонентов. Особенно отмечено, что для максимального раскрытия разделов, заключения и выводов, списка использованных источников из 5вкрапленных минеральных комплексов благородных металлов, помимо наименований, 3 приложений и содержит 428 страниц машинописного текста, традиционных процессов дробления и измельчения, представляется 84 рисунков в основном тексте и 2 в приложении, и 52 таблиц.

перспективным применение немеханических способов разрушения, Автор глубоко признателен академику РАН, докт. техн. наук, проф.

обеспечивающих дезинтеграцию минеральных компонентов по межфазным В.А. Чантурия за постоянную поддержку и консультации на протяжении всей границам за счет образования микротрещин и каналов пробоя в результате работы.

энергетических воздействий и, в особенности, в импульсном режиме – так Автор выражает благодарность Д.П. Бельскому (ООО НПП «ФОН», называемых электроимпульсных технологий (Pulsed Power).

г.Рязань), канд. физ.-мат. наук В.А. Вдовину (ИРЭ РАН), канд. физ.-мат. наук В табл. 1 приведены данные об основных технологических эффектах, А.Т. Ковалеву, канд. геол.-минер. наук Е.В. Копорулиной и канд. техн. наук областях применения и ограничениях, вторичных эффектах, энергозатратах В.Д. Лунину за плодотворную совместную работу, коллективу обогатителей при различных видах энергетических воздействий на минеральные НЛО ГМОИЦ ОАО ЗФ «ГМК «Норильский никель» за оказанную помощь при комплексы и суспензии по результатам исследований, проведенных в проведении исследований в условиях Научной лаборатории обогащения последние 20-25 лет в России и за рубежом. Показано, что каждый из ГМОИЦ.

рассмотренных нетрадиционных энергетических методов дезинтеграции ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

минерального сырья, а именно: электрохимическая, СВЧ-, электроимпульсная, электрогидродинамическая, магнитно-импульсная Во введении дано обоснование актуальности темы исследований, обработка, воздействие потоком ускоренных электронов, сверхмощными сформулированы цель, идея и задачи работы, основные защищаемые гиперударными волнами и мощными электромагнитными импульсами имеет положения, научная новизна, научное и практическое значение диссертации, свои преимущества и недостатки, обуславливающиеся физическими приведены сведения об объектах, методах исследований, апробации работы и процессами и механизмами взаимодействия концентрированных потоков публикациях автора.

энергии с тонкодисперсными минеральными средами.

1. Нетрадиционные энергетические методы селективной дезинтеграции Проведенный анализ научных публикаций показал, что большинство из тонкодисперсных минеральных комплексов благородных металлов рассмотренных методов энергетических воздействий обладают одним или рядом следующих недостатков: высокие энергетические затраты и В России, как и во всем мире, освоение коренных месторождений капиталовложения, избыточный нагрев обрабатываемого материала, определено как стратегическое направление развития золотодобывающей неконтролируемый переход ионов металла в жидкую фазу вследствие отрасли. Тенденция к увеличению доли добычи золота из коренных интенсификации процесса выщелачивания сульфидов и некоторые другие.

месторождений будет сохраняться, и к 2012 г ее уровень составит 70 %.

Большинство коренных золотосодержащих руд России относятся к категории упорных руд с содержанием золота 3-5 г/т и характеризуются низким извлечением золота и серебра в процессе цианирования. Упорность золотосодержащего сырья обусловлена наличием мелкого (с размерами частиц 11 Таблица 1 – Нетрадиционные энергетические методы дезинтеграции ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ минеральных комплексов Электроимпульсная обработка Расход Вид воздействия; процессы электроэнергии, Разрушение вследствие Высокие энергозатраты; Энергия в (операции) переработки; Ограничения электрического взрыва в объеме ограничения на возможность импульсе кВт·ч/т;

технологический эффект; (побочный эффект) материала; повышение степени обработки тонкодисперсного 0,5–20 кДж;

вид сырья раскрытия сростков минералов; все минерального сырья перед авторы, год виды сырья цианированием В.И.Курец, Электрохимическая обработка А.Ф.Усов, В.А.Цукерман, Процессы выщелачивания; Повышенный расход 50–1970-20повышение извлечения Au и Ag на электроэнергии; торможение (водная среда);

10–25 %; процесса дезинтеграции за Электрогидродинамическое воздействие 20–сульфидные руды, содержащие счет образования S0;

Наносекундный пробой воды, Неконтролируемое изменение (щелочная или благородные металлы пассивация электродных содержащей взвешенные ионного состава жидкой фазы; 3–5;

кислая среда);

систем; необходимость минеральные частицы; невозможность обработки сочетания с химическим повышение извлечения Au при сухого или увлажненного Ю.А.Котов, В.А.Чантурия, воздействием для повышения цианировании на 60–70 %; (на 10–15 %) материала;

Г.А.Месяц, В.Е.Вигдергауз, электропроводности среды золотосодержащие хвосты крупность материала должна А.Л.Филатов и др., Т.В.Чекушина, переработки медно-цинковых руд быть не менее 90–100 % 2019класса –74 мкм Поток ускоренных электронов Магнитно-импульсная обработка Дезинтеграция минеральных Высокие капитальные 5–10;

Образование трещин; Применим преимущественно Уменьшение комплексов; повышение затраты; технические железистые кварциты для минераллов- суммарных производительности цикла трудности внедрения в Г.Р.Бочкарев, ферромагнетиков; энергозатрат на измельчения в 1,5–2 раза, действующие схемы В.И.Ростовцев, малый прирост извлечения извлечения Zn, Cu, Pb при флотации обогащения; повышенный 3–5 кВт·ч/т;

Ю.П.Вейгельт, золота на 5–10 %, извлечения Au и Ag при расход электроэнергии;

В.А.Чантурия, цианировании на 25–30 %; нагрев образца, изменение С.А.Гончаров и др., В.Е.Вигдергауз, сульфидные, железные руды и др. поверхностных и объемных 2000-201983-20свойств Мощные наносекундные электромагнитные импульсы СВЧ-обработка Дезинтеграция и вскрытие Минимальный размер Разупрочнение минеральных Сложность реализации в тонкодисперсных минеральных минеральной частицы комплексов; сокращение времени промышленных условиях;

5–7;

комплексов; повышение 100 мкм;

3–4;

измельчения на 20–25 %; нагрев образца, оплавление, извлечения: благородных необходимость защитной повышение извлечения Au на 10 %; возможность обработки K.E.Haque 1999, металлов при цианировании на золотосодержащие кварц- только сухих образцов; экранизации зоны А.В.Хван, полевошпатовые руды; изменение поверхностных и 10–80 %;

размещения генератора В.И.Соловьев, В.А.Чантурия, пиритные флотоконцентраты, объемных свойств минералов МПГ в операциях обогащения в импульсов;

Г.В.Седельникова, Ю.В.Гуляев, золотомышьяковые гравитационные центробежных концентраторах влажность материала не 2001-20И.Ж.Бунин, концентраты, руды, содержащие на 5–6 % при доводке черновых должна превышать 30 % В.Д.Лунин и др., МПГ концентратов и на 60–70 % при ИПКОН РАН, ИРЭ Сверхмощные гиперударные волны дообогащении хвостов;

РАН, ЦНИГРИ, сульфидные руды, кварциты, Микро резонансная дезинтеграция Высокие энергозатраты; Максимальное ООО «ИЦИТ», минеральных комплексов; недостаточная селективность давление в ударной продукты обогащения ГМК «Норильский увеличение выхода алмазов на 20 %; воздействия волне ~1000 МПа; Никель», 1997-20(концентраты, хвосты), все виды сырья содержащие благородные В.Ю.Вероман, 19металлы и МПГ 13 В УРАН ИПКОН РАН совместно с ИРЭ РАН, ФГУП «ЦНИГРИ» и ООО даже меньше времени развития канала пробоя, механические повреждения «ИЦИТ» разработан метод, характеризующийся отсутствием указанных кристаллической решетки определяются процессом выделения энергии при недостатков – высокоэффективный, энергосберегающий и экологически развитии канала. При наличии неоднородностей (например, металлических безопасный метод вскрытия тонкодисперсных частиц благородных металлов включений в минерале-хозяине (рис. 1а)) каналы пробоя имеют тенденцию за счет воздействия на руды и продукты обогащения наносекундными МЭМИ, соединять их между собой и с поверхностью минеральной частицы (рис. 1б) защищенный патентами РФ №№ 2139142, 2176558, 2226560 и 2264865. так, что неоднородности оказываются в областях с повышенной В последующих разделах диссертационной работы доказывается концентрацией энергии. Релаксация этой энергии осуществляется эффективность, преимущества и перспективы применения метода обработки преимущественно за счет образования микротрещин вокруг каналов пробоя и благороднометального минерального сырья МЭМИ. Дано теоретическое формирования зон наведенной трещиноватости (рис. 1г) вследствие обоснование механизмов дезинтеграции минеральных комплексов при расширения нагретого газа в канале и истечения его из канала в случае выхода импульсном воздействии, и приведены результаты экспериментальных последнего на поверхность. Для повышения эффективности последующей исследований по применению МЭМИ в процессах переработки и обогащения обработки минерального комплекса химическими реагентами необходимо упорного минерального сырья, содержащего благородные металлы. обеспечить условия образования достаточного числа каналов в матрице минерала-хозяина, т.е. потребуется воздействие большого числа импульсов.

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТА ВЛИЯНИЯ МЭМИ НА ПРОЦЕССЫ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ И ВСКРЫТИЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ Ars 2. Развитие теории селективной дезинтеграции минеральных комплексов при воздействии МЭМИ cracks Основная идея применения энергетических воздействий при переработке Au Au упорного тонкодисперсного минерального сырья с целью селективного раскрытия сростков и обеспечения доступа выщелачивающего раствора к микро- и наночастицам благородных металлов в процессах цианирования Ars состоит в создании условий для максимально возможной концентрации механических напряжений или энергии, способствующей дезинтеграции а) б) минерала-хозяина, достаточной для эффективного раскрытия ценных компонентов. В работе изучены основные механизмы дезинтеграции минеральных комплексов при воздействии МЭМИ с коротким фронтом a (~1-5 нс) и длительностью (~10-50 нс) и высокой напряженностью b* bэлектрической компоненты поля E, сравнимой или превосходящей электрическую прочность минерального вещества в статическом поле (EA Eпр 107 В/м).

2.1. Дезинтеграция минеральных сред вследствие электрических пробоев г) в) д) В пионерных работах [1, 12-16] была сформулирована Рис. 1 – Дезинтеграция минеральных комплексов при воздействии МЭМИ:

феноменологическая модель процесса дезинтеграции минеральных комплексов образование каналов электрического пробоя в арсенопирите (а, б) и пирите (в), при воздействии наносекундных МЭМИ вследствие электрических пробоев, схема зон повреждения вокруг канала пробоя (г); разрушение минерального согласно которой процесс образования микроповреждений матрицы минералакомплекса «халькопирит (светлый) – алюмосиликат (темный)» по границе хозяина, сводится к следующему. срастания минералов (д); РЭМ: (а)–(в),(д) При напряженности электрического поля, превышающей Eпр, в твердом Размер зоны, занятой трещинами, зависит от плотности энергии в канале и диэлектрике (полупроводнике) генерируется электрический разряд, упругих свойств вещества. При расчете этого размера предполагалось, что приводящий к созданию каналов пробоя – областей с высокой концентрацией выделение энергии в канале происходит значительно быстрее (мгновенно) по энергии (рис. 1б,в). Так как длительность импульса напряжения порядка или 15 сравнению с процессами расширения канала, движения волн напряжений по 2.2. Механизмы дезинтеграции минеральных агрегатов объему образца и вытекания нагретого вещества из канала. Область, занятая при локальном импульсном нагреве испаренным веществом, образует полость взрыва. За пределами зоны Разупрочнение минеральных комплексов возможно вследствие испарения, происходит раздавливание вещества, на еще больших расстояниях образования микротрещин по причине возникновения термомеханических – растрескивание минеральной матрицы в результате разрывных напряжений в напряжений на границах срастания минеральных компонентов с различными окружном направлении.

тепло- и электрофизическими свойствами при локальном импульсном нагреве.

Для нахождения поперечного размера (радиуса a = a(t), рис. 1г) канала Скорость поглощения энергии МЭМИ равна E*2 / cp, где , E – локальные пробоя решалась задача о движении цилиндрической ударной волны с учетом электропроводность и напряженность поля соответственно, – плотность и испарения и раздавливания вещества на ее фронте, при этом использовалась cp – теплоемкость данного компонента комплекса. Интенсивность модель цилиндрического закрытого взрыва. Наибольший интерес представляет зона наведенной трещиноватости (рис. 1г), т.к. именно ее размер определяет термомеханических напряжений определяется контрастностью нагрева и дезинтеграцию минеральной частицы в целом. Движение среды в зоне различием термоупругих свойств. На рис. 1д показан пример селективного образования трещин, т.е. между границами упругой зоны b0 и зоны электроимпульсного разрушения сростка двух минералов – диэлектрика и полупроводника.

раздробленного вещества b* рассматривалось в квазистатическом В случае осесимметричного контакта двух цилиндрических частей приближении. Получена приближенная зависимость радиуса зоны трещин от (компонентов минерального комплекса) в плоскости z = 0 перемещения начального давления газа в канале пробоя p0 :

u(r, z) и s(r, z) в направлении r и z соответственно и механические rc = a0(* / )( p0 /(* ))1/ 2, (1) напряжения (r, z) внутри каждой из частей определяются уравнениями где = ( / 2*)(1+ + ln(* / ))-1 ; a0 – начальный радиус канала, – - 2 u 2 s rr rz rr zz zz rz zr показатель адиабаты газа в канале; *, 0 – предел прочности материала на движения + + = , + + = при r z r z r r t2 tсжатие и разрыв соответственно; E – модуль Юнга, – коэффициент Пуассона. В табл. 2 приведены результаты расчетов размеров зоны условии сопряжения на границе частей: u(1) (r, z = 0) = u(2)(r, z = 0).

трещиноватости, образующейся в частице кварца вокруг канала пробоя при Компоненты тензора деформаций err = u r, ezz = s z, e = u r, действии короткого импульса с E = 107 В/м и 2107 В/м ( * =300 МПа, erz = (1/ 2)( u z + s r) связаны с (r, z) следующими соотношениями 0 =30 МПа), в предполажении, что канал пробоя распространился на всю = 2G e + ( e - ), r = = 0, er = ez = 0, где = T - длину частицы L, и в нем выделилась вся энергия поля импульса. z Таблица 2 – Размеры зоны наведенной трещиноватости (мм) в частице кварца нагрев части 1 или 2, а величины G, , связаны с модулем упругости E, размером L (м), образующейся вокруг канала электрического пробоя коэффициентом Пуассона и коэффициентом термического расширения L, м 10-4 3·10-4 10-3 3·10-3 10-соотношениями: G = 2( +1), = (1+ )(1- 2 ), = (1- 2 ).

1,0 – 0,610-3 0,310-2 1,310-2 0,0Из условия равенства перемещений на границе компонентов и в E, 107 В/м 2,0 310-4 1,410-3 0,710-2 3,110-2 0,предположении, что вблизи нее u(r, z) не зависит от r, и s(r, z) не зависит от z, получено соотношение для оценки сдвиговых напряжений на границе Трещины вокруг канала пробоя образуются только при размере обоих частей:

частицы L порядка или больше 3·10-4 м. Механические напряжения вокруг 2 2 (2G1 + 1) - 11(2G2 + 2) ~ канала становятся достаточными для развития трещин только при некотором = (2 2 - 1 1), (2) 2(G1 + G2) + 2 + 1 минимальном размере частицы. В зависимости от напряженности ~ электрического поля он составляет 10-4–10-3 м. В связи с этим данный где = 212 (1 + 2). Напряжения максимальны, если 2>1, 2>1 или механизм дезинтеграции эффективен только для относительно крупных частиц 2<1, 2<1, например, в комплексе «FeS-Al2O3» сильнее нагревается FeS, при (~0,1–1 мм и более), причем его эффективность возрастает с увеличением ~ этом ~ 3010-6 2. Вследствие теплопроводности через 10-8 с после размера частиц и амплитуды электрического поля в импульсе.

17 0.A воздействия импульса на границе раздела 21, и остаются только 1напряжения, обусловленные разностью термоупругих свойств.

0.При воздействии импульсом с E ~ 107 В/м, tи~ (3-10)10-9 с на границе 0.«пирит - золото» или «пирит - кварц», возникают напряжения 0,3–3 МПа, что 0.недостаточно для скола по границе сростков. Однако при воздействии серией 1 импульсов происходит увеличение числа изначально существующих 0.микродефектов. В условиях многократной нагрузки малая инициирующая N 0.трещина длиной l0 < L прорастает до величины l = ln, где n 0.1 1 10 10.1 1 10 1размер образца, нм d, нм tn ln = (dl / dt)dt - приращение длины трещины в результате n-го импульса, а) б) 1dl / dt - скорость роста трещины. Разрушение эффективно, если l L (рис. 2а).

При механических напряжениях ~0,3-3 МПа, величина l0 оказывается порядка (0,2-2)10-3 м. Поскольку размер частицы L > l0, то следует ожидать разрушения частиц только с L > (0,2-2)10-3 м. Например, для композиции типа пирит-кварц или пирит-золото, образец размером 310-3 м разрушается за 15– 50 импульсов, а образец размером 10-2 м - за 100–300 импульсов с Eи 107 В/м, tи = (3–10)10-9 с.

В работе рассмотрен механизм дезинтеграции тонковкрапленных 0.0.1 1 10 1минеральных комплексов типа «диэлектрик или полупроводник – d, нм металлическое включение» за счет образования механических повреждений при эффективном поглощении (скин-эффект) и диссипации энергии МЭМИ, в) г) содержащих СВЧ-компоненту. Высокочастотное наполнение импульса Рис. 2 – Зависимости от размера металлического включения: (а) коэффициента электрического поля с E (1–5)·107 В/м позволяет совмещать возможности поглощения (с учетом – 1 и без учета – 2 размерного эффекта), (б) нагрева частицы воздействия короткими МЭМИ и полем микроволнового излучения. В этом Au и (в) размера области вокруг частицы Au, занятой трещинами, при однократном случае локальный СВЧ-нагрев, приводящий к локальному разрушению импульсном воздействии ((в) – E = 5106 В/м (1), 107 В/м (2); пунктиром показан размер включения). Изолинии нагрева T включения золота в пирите для частиц матрицы минерала-хозяина вблизи частиц благородных металлов, создает размером 1 нм (слева) и 3 нм (справа) в зависимости от проводимости пирита и условия для разрушения комплекса высоковольтным электрическим разрядом.

глубины L расположения зерна Au в разрядном промежутке (г) Если в импульсе напряжения длительностью puls содержится СВЧсоставляющая излучения достаточно большой амплитуды, то плотность На рис. 2б показана зависимость нагрева частицы золота: T = W / cp (cp – энерговыделения равна W = ( S / d)A(d), где S = cE2 /8 - поток энергии puls теплоемкость вещества частицы) от ее размера; =10-8 c, амплитуда СВЧpuls излучения, E – амплитуда электрического поля в волне, - плотность вещества, d - толщина поглощающего слоя, A - коэффициент поглощения. составляющей импульса E = 0,05E0 = 5·105 В/м. Нагрев максимален для частиц Показано, что в случае падения плоской электромагнитной волны размером 1-2 нм и быстро уменьшается с увеличением размера частиц. Вне достаточно большой амплитуды на границу раздела «диэлектрик – металл» металлической частицы окружные напряжения являются растягивающими:

(например, в минеральном комплексе «кварц – золото») поглощение (r) = (T / 2)(d / 2r)3(G, ), r > d / 2, и если эти напряжения превышают составляет заметную часть энергии поля волны в том случае, если размер предел прочности на разрыв 0, то в материале минеральной матрицы вокруг металлических включений ( d ) изменяется в пределах 0,3–30 нм (рис. 2а). Для включения образуется зона трещин, размер которой ( dcr ) определяется из золота толщина скин-слоя > 20 нм для излучения с длиной волны большей 0,5 см; = c / 2, – проводимость включения. Поэтому, излучение соотношения: dcr / d = (T / 2 )1/ 2.

поглощается равномерно по объему частицы размером не более 10 нм.

19 , K размер трещин, нм На рис. 2(в) приведена зависимость размера области, занятой трещинами, 3. Экспериментальное изучение влияния МЭМИ на состояние dcr, от размера частицы золота, заключенной в кварце. При воздействии поверхности, электрофизические и механические свойства сульфидов высоковольтного импульса, содержащего составляющую излучения СВЧ Знания о физических и физико-химических процессах, протекающих при диапазона, контрастное выделение энергии в наноразмерных (до десятков нм) энергетических воздействиях на природные минералы различного химического частицах благородных металлов приводит к повреждению (растрескиванию) состава, являются основой выбора оптимальных электрофизических и минерала-хозяина. Размер образующихся трещин – порядка размера технологических параметров электроимпульсной обработки тонкодисперсного металлических включений. При больших размерах включений этот эффект минерального сырья. Для подтверждения теоретических представлений о быстро исчезает за счет уменьшения коэффициента поглощения (A) энергии механизмах процесса дезинтеграции минеральных комплексов при электромагнитного излучения.

воздействии МЭМИ и выявления его структурно-морфологических В случае полупроводниковых золотосодержащих сульфидов энергия СВЧособенностей проведены следующие экспериментальные исследования.

излучения поглощается не только металлическим включением, но и самим Изучали влияние периодически следующих с частотой 100 Гц минералом-хозяином. Область, в которой возможно воздействие на частицы наносекундных МЭМИ (E ~ 107 В/м, видеоимпульсы) на структуру и металла определяется толщиной скин-слоя в материале сульфида. Эта химический состав поверхности сульфидных минералов (арсенопирита, величина зависит от частоты излучения и свойств минерала. Например, на пирита и халькопирита), выделенных из руд различных месторождений.

частоте 1 ГГц в пирите = 5·(10-5–10-3) м, а в арсенопирите - 5·(10-5–10-4) м.

Пирит. При обработке однополярными МЭМИ аншлифа пирита (мест.

Оценки для золотосодержащего пирита показали, что при его малой Березовское, Au 10 г/т) электрический пробой развивался локально в местах проводимости излучение воздействует на металлические включения во всем неоднородностей поверхности и вблизи границ сростков (рис. 3а) с разрядном промежутке, в случае высокой проводимости – только на те зерна образованием фигур (кратеров) пробоя, имеющих внутреннюю субструктуру золота, которые содержатся в частицах пирита, расположенных в микроповреждений с характерной радиальной симметрией (рис. 3б). Вблизи поверхностных слоях обрабатываемого материала.

кратера пробоя наблюдалась модулированная периодическая структура, Анализ картины изолиний нагрева включений золота размером 1 и 3 нм образовавшаяся в приповерхностном слое минерала, предположительно, при при E = 5·106 В/м (рис. 2г) в зависимости от проводимости пирита () и распространении ударной волны и формировании зон наведенной расположения (L) включения по глубине в разрядном промежутке (разрядный трещиноватости. Также обнаружены микротрещины преимущественно по промежуток шириной 0,5 см заполнен 50 слоями частиц пирита размером 1границам сростков и их заметное раскрытие (рис. 3в).

мкм) показал следующие результаты. Для всех размеров включений золота заметный нагрев наблюдается при проводимости пирита менее 100 (Омм)-1, причем именно в этом диапазоне значений проводимости нагрев не зависит от расположения включения по глубине. Зависимость T от размера включений аналогична зависимости, полученной для диэлектрической среды. Повышение температуры достигает максимума (до 103 K) для включений размером 1– 3 нм и уменьшается с увеличением или уменьшением размера включения. Для частиц малого размера ( 1 нм) максимальный нагрев наблюдается при минимальной проводимости пирита, равной 0,1 (Омм)-1. С увеличением а) б) в) размера включения до 30 нм проводимость пирита, при которой достигается Рис. 3 – Влияние наносекундных МЭМИ на состояние поверхности пирита: кратеры максимальный нагрев, составляет величину 1 (Омм)-1.

электрического пробоя (а), (б) и растрескивание по границам зерен (в); 1–5 – области В рассмотренном случае повышение температуры включений золота проведения электрофизических измерений (а) близки к значениям температуры нагрева включений в диэлектрике (например, в кварце), поэтому, и размеры образующихся трещин также порядка размера Арсенопирит. На первых стадиях импульсной обработки (~103 имп) металлических включений. Однако, в данном случае растрескивание матрицы арсенопирита (Чармитан, Au 100 г/т) достигалось предпробойное состояние пирита вокруг включений золота возможны лишь для тех частиц пирита, поверхности минерала, характеризующиеся наличием многочисленных проводимость которых порядка или меньше 10 (Омм)-1.

микроповреждений поверхности как вблизи микротрещин и границ сростков, 21 так и в областях, свободных от изначально существующих дефектов (рис. 4а). состоянии на рентгеновских спектрах пирита и халькопирита наблюдались пики, соответствующие S, Fe и Cu (для халькопирита), после Дальнейшее воздействие (104 имп) приводило к локальным пробоям электроимпульсной обработки на поверхности минералов были обнаружены поверхности с образованием фигур пробоя (рис. 4б)) с эрозионными лунками в новообразования (рис. 5), которые заметно отличались по плотности от центральной части кратеров и расходящимися от них по периферии исходных минералов. Анализ карт распределения элементного состава на радиальными каналами. Внутренняя структура кратеров пробоя квазиаморфна участках, содержащих новообразования, показал, что эти частицы в своем и деструктивна, характеризуется наличием многочисленных разноразмерных химическом составе имеют повышенную концентрацию кислорода и обеднены микропор и микротрещин (рис. 4в).

серой по сравнению с матрицей минералов и, вероятно, являются частицами оксида железа. Образование частиц и пленок оксида железа и других поверхностных микро- и нанофаз может вызывать изменения электрофизических, магнитных и технологических свойств железосодержащих сульфидов в результате электроимпульсного воздействия, что необходимо учитывать при использовании МЭМИ в процессах дезинтеграции и измельчения руд в условиях флотационного разделения сульфидов.

в) а) б) Рис. 4 – Влияние наносекундных МЭМИ на состояние поверхности арсенопирита Микротрещины, образовавшиеся в результате импульсного воздействия, также как и трещины механического происхождения оказывались лишенными заполнения пылеобразными микрочастицами (эффект «пылесоса»). Характер а) б) разрушения интеркристаллитный (межзеренный): траектории трещин проходят в) Рис. 5 – Вскрытие микровключения в пирите (а) и образование функционального преимущественно по границам сростков частиц самородного золота и матрицы покрова на поверхности сульфидов: пирита (а) и халькопирита (б) при воздействии арсенопирита (рис. 1б) и связывают микрочастицы золота с поверхностью МЭМИ, РЭМ; рентгеновский спектр от новообразований оксида железа (в), РСМА минерала-хозяина, что облегчает доступ выщелачивающего раствора к ценным компонентам в процессе цианирования.

Электрофизические свойства. В результате воздействия однополярных В результате воздействия биполярными импульсами на поверхности МЭМИ электрофизические свойства (удельное сопротивление – и пирита (Навахун) и арсенопирита (Нерчинское) наблюдалось возникновение коэффициент ТЭДС – ТЭДС) локальных областей поверхности пирита, а областей шириной ~200 мкм, содержащих многочисленные микродефекты именно, мест выхода каналов пробоя на поверхность (рис. 3а) претерпели правильной круговой формы размером 1-20 мкм, некоторые из которых были заполнены микрочастицами обломочного материала. Такое влияние формы существенные изменения. С использованием стандартных методик ( – импульсов на процесс образования микро- и мезодефектов поверхности, четырех- и ТЭДС – двухэлектродная микрозондовая измерительная схема) предположительно, может быть связано с действием «переколебательной» было показано, что области (1) с кратерами пробоя, уменьшилось на 46,8 % составляющей импульсов, вызывающей локальный нагрев участков с 4710-3 Омм до 2510-3 Омм, а ТЭДС – на 31 % со 169 до 117 мкВ/C. В то же поверхности вблизи границ сростков, раскрытие микровключений и время для области (3), свободной от повреждений, удельное сопротивление отделение их от матрицы минерала-хозяина (рис. 5а).

практически не изменилось и составляло величину 4210-3 Омм как до, так и Одновременно с процессами селективной дезинтеграции минералов в после воздействия, а ТЭДС уменьшился на 14,1 % cо 163 до 140 мкВ/C. Для местах образования каналов электрического пробоя происходило изменение поверхности минерала в целом величина ср., полученная усреднением по пяти химического состава поверхности сульфидов и появление новообразований в участкам, уменьшилась на ~ 27 % с 4510-3 до 3310-3 Омм, а ТЭДСср. – на виде оксидов железа, аллотропических модификаций элементарной серы, углеродных корок и других образований (рис. 5а,б). В то время как в исходном 24,5 % с 163 до 123 мкВ/C.

23 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И Обработка пирита серией биполярных МЭМИ вызвала следующее ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЭМИ НА ПРОЦЕССЫ ВСКРЫТИЯ И изменение удельного сопротивления: на грани образца свободной от видимых ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ УПОРНЫХ РУД И повреждений уменьшилось в ~1,8 раза (на ~45 %) с 4710-3 до 2610-3 Омм, а ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ на грани с изначально существующей и растущей при импульсном 4. Интенсификация извлечения микро- и наночастиц золота воздействии микротрещиной - в 3,4 раза (на 70,6 %) с 1710-3 до 510-3.

цианированием из различного минерального сырья В результате обработки арсенопирита биполярными импульсами удельное при воздействии МЭМИ сопротивление образца уменьшилось в 1,4 раза с 3,410-3 до 2,410-3 Омм.

В УРАН ИПКОН РАН при участии автора и совместно со специалистами Так как одной из специфических особенностей полупроводников является ИРЭ РАН и ФГУП ЦНИГРИ впервые проведены экспериментальные их положительный температурный коэффициент электропроводности, исследования, направленные на интенсификацию процессов подготовки установленный эффект снижения удельного сопротивления (повышения продуктов переработки золотосодержащего минерального сырья перед электропроводности) поверхности полупроводниковых сульфидных минералов цианированием воздействием МЭМИ. Исследования проводились на широком (пирита, арсенопирита) при воздействии МЭМИ косвенным образом круге материалов, включающем образцы упорных золото-сульфидных и свидетельствует о реализации механизма дезинтеграции минеральных золото-сульфидно-кварцевых руд, гравитационных и флотационных комплексов за счет локального повышения температуры в местах срастания концентратов, промпродуктов (хвостов)ОФ. Общей характерной особенностью компонентов с различными электро- и теплофизическими свойствами.

выбранных материалов являлось наличие в них тонкодисперсного золота, Механические свойства. Электроимпульсная обработка сульфидных значительная часть которого в большинстве случаев тесно ассоциирована с минералов (всего 104 имп) вызывала заметное уменьшение микротвердости сульфидными минералами, главным образом с пиритом и арсенопиритом.

(HV) их поверхности: пирита на 6,5 % – с 1230 до 1150 МПа, а арсенопирита на Методика проведения эксперимента включала в себя предварительную ~20 % – с 1210 МПа до 970 МПа. После воздействия МЭМИ для удаления обработку минеральных частиц различных классов крупности сериями МЭМИ поверхностных новообразований и выявления (контрастирования) с последующим цианированием для извлечения золота и серебра. В субструктуры дефектов поверхности проводили дополнительную зависимости от вида минерального сырья в экспериментах изменяли электрохимическую обработку минералов. Субструктура дефектов следующие параметры электроимпульсного воздействия и условия обработки:

поверхности сульфидов после комбинированного энергетического воздействия доза излучения (число импульсов, Nимп=103–3·104), частота следования была представлена кратерами и каналами электрического пробоя, импульсов (10, 20, 100 Гц), влажность (Т : Ж=5:1–3:1) и скорость подачи микротрещинами, а также характерными элементами травления поверхности материала (0,2–2 мм/с) в зону обработки. Амплитуда напряженности поля была вблизи мест пробоя, а именно, ямками травления и петлями, сопоставима или превосходила электрическую прочность обрабатываемых предположительно, дислокационного происхождения.

минералов, EA~107 В/м. Эффективность вскрытия упорных продуктов Известно, что одним из способов оценки механических свойств дисперсных определялась по содержанию золота в продуктивных растворах и хвостах материалов является изучение гранулометрического состава представительных цианирования.

проб. Анализ результатов, полученных на образцах руд ряда золотоИсходя из того, что практически все процессы обогащения протекают в сульфидных месторождений свидетельствует о том, что изменение ситовых водной среде, важно было изучить влияние влаги на эффект импульсной характеристик различных минеральных продуктов сводится, как правило, к обработки. В зависимости от вещественного состава и крупности частиц снижению выхода наиболее крупных классов и увеличению средних и обрабатываемого материала эффект максимального вскрытия минеральной мелких классов соответственно. Однако, эти изменения, величина которых матрицы достигался за счет предварительного увлажнения его водой в не превышает 5–6 %, не являются главным фактором для последующего количестве не большем, чем необходимо для заполнения водой пор в повышения извлечения благородных металлов при цианировании. Высокая минеральных частицах или обезвоживания до влажности, соответствующей эффективность вскрытия упорных продуктов при воздействии МЭМИ количеству воды в порах материала. В табл. 3 представлены данные об достигается не за счет измельчения материала до класса (-50 мкм), а за счет извлечении золота сорбционным цианированием из гравитационного создания каналов электрического пробоя и микротрещин, обеспечивающих концентрата руды месторождения Нежданинское (I) и хвостов обогащения доступ продуктивного раствора к микро- и наночастицам благородных Гайской (II) и Урупской (III) ОФ в зависимости от рН увлажняющей жидкости материалов.

25 после воздействия МЭМИ (доза излучения в каждом эксперименте была Несмотря на то, что после импульсного воздействия ситовая одинаковой, Nимп104 имп). характеристика класса -500 мкм изменилась незначительно (выход класса -100 мкм возрос на 6 % с 32,7 до 38,7 %), величина суммарного извлечения Таблица 3 – Влияние воздействия МЭМИ и pH увлажняющей жидкости на извлечение золота цианированием из упорных промпродуктов благородных металлов из частиц данного класса приближается к показателю для частиц класса -50 мкм. Этот факт свидетельствует об эффективности Извлечение, % вскрытия частиц сульфидов (арсенопирита и пирита), с которыми в После воздействия МЭМИ (всего ~104 имп) Продукт;

концентрате ассоциировано ~45 % золота и 70 % серебра, за счет Из содержание Увлажненный продукт, pH дезинтеграции минеральных комплексов, образования каналов пробоя и исходного сухой Au, г/т микротрещин, обеспечивающих доступ продуктивного раствора к ценным продукта 6,продукт 2 3,5 9,2 компонентам, и о возможности резкого снижения энергозатрат на процесс (вода) доизмельчения крупнодисперсных продуктов. Расход электроэнергии при этом I; 80,51,2 70,5 71 70,7 71,2 72,5 составил 3–4 кВтч в расчете на тонну перерабатываемого концентрата, в то II; 2,0 11 60 70 65 65 65 время как затраты электроэнергии при механическом измельчении III; 1,0 8,5 38,8 77,5 69,4 61,2 63,3 63,концентрата класса -500 мкм до -50 мкм составляют более 20-25 кВтч/т.

В целом можно констатировать, что в результате предварительной обработки МЭМИ прирост извлечения золота при цианировании составил: из В данных экспериментах помимо создания каналов пробоя электромагнитные импульсы, воздействуя на поровую воду, оказывали упорных руд 4–12 %, из концентратов (гравитационных – 10–30 %, флотационных – 5–45 %), из хвостов ОФ – 30–80 % (рис. 6).

дополнительное воздействие на неоднородности поверхности минеральных частиц. Это способствовало раскрытию микротрещин как за счет действия пондеромоторных сил, так и вследствие расклинивающего эффекта при проникновении молекул жидкости в поры и трещины.

В результате совместного (синергетического) влияния двух факторов – МЭМИ и поровой влаги – был получен абсолютный прирост извлечения золота в диапазоне 21,3–69 %. При проведении процесса в кислой или щелочной среде также наблюдалось повышение эффективности раскрытия упорных продуктов: в зависимости от вида сырья и величины pH прирост извлечения золота составил от 2 до 38,7 % по сравнению с сухим материалом.

В табл. 4 представлены данные об извлечении золота и серебра из упорного гравитационного концентрата месторождения Нежданинское Рис. 6 – Влияние воздействия МЭМИ на извлечение золота цианированием из различного сорбционным цианированием в продуктивные растворы.

минерального сырья: (а) упорные руды месторождений Кючус (1), Невское (2) и концентраты руд месторождений Ключевское (3), Нежданинское (4); (б) хвосты Таблица 4 – Влияние воздействия МЭМИ на извлечение благородных металлов переработки руд месторождений – Александринское (1), Гайское (2), Узельгинское (3), цианированием из гравитационного концентрата; крупность частиц -500/ -50 мкм Урупское (4), Учалинское (5) Извлечение, % Прирост извлечения, % Nимп, 1Таким образом, МЭМИ обеспечивают высокую эффективность и золота серебра Золота серебра селективность дезинтеграции минеральных комплексов при существенном базовый опыт 51,2 / 77,0 21,8 / 43,1 - - снижении расхода электроэнергии, что обуславливает перспективность их применения для обработки упорных золотосодержащих продуктов в 1,75 70,7 / 80,6 42,1 / 76,3 19,5 / 3,6 20,3 / 33,сверхсильных электрических полях с целью вскрытия микро- и наночастиц 2,50 81,7 / 84,0 65,5 / 68,7 30,5 / 7,0 43,7 / 25,благородных металлов и повышения их извлечения в гидрометаллургических 3,75 82,3 / 83,4 68,8 / 73,7 31,1 / 6,4 47,0 / 30,процессах. По результатам проведенных исследований получены патенты РФ 2139142 и 2176558 «Способ переработки материалов, содержащих благородные металлы».

27 Интенсификация процесса бактериального выщелачивания 5. Рекомендации по использованию научных выводов о механизмах сульфидных минералов предварительным воздействием МЭМИ дезинтеграции минеральных комплексов при воздействии МЭМИ Использование импульсных энергетических воздействий, На основе анализа результатов теоретических и экспериментальных предшествующих биообработке сульфидсодержащих продуктов, и исследований особенностей поведения тонкодисперсных минеральных сред исследование их влияния на процесс бактериального выщелачивания (БВ) сложного вещественного состава при импульсном воздействии электрических сульфидов представляют особый интерес.

полей высокой напряженности в наносекундном диапазоне было дано Изучали влияние МЭМИ длительностью 30 нс с коротким передним обоснование основных физико-технических и технологических параметров фронтом и E 0,1·107 В/м на последующий процесс БВ частиц класса модульного образца опытной экспериментальной установки для обработки крупности -1 + 0 мм пиритсодержащего (80 % FeS2) гравитационного минеральных продуктов МЭМИ (табл. 5). Работы по разработке и созданию концентрата, полученного из руды месторождения Каларское (Читинская установки выполнялись в УРАН ИПКОН РАН при участии автора и совместно область). Исследования проводились совместно с сотрудниками ЛТЭ МИСиС.

с сотрудниками ООО НПП «ФОН» (г. Рязань) в рамках проекта ОФИ РФФИ После обработки МЭМИ образцы концентрата помещали в среду (Т:Ж=1:5), № 04-05-08012 офи-а. Установка предназначена для изучения влияния содержащую аутотрофные тионовые бактерии (Acidithiobacillus thiooxidans, воздействия наносекундных МЭМИ на физические, физико-химические и Acidithiobacillus ferrooxidans и Leptospirillum ferrooxidans), выделенные из руды технологические свойства минералов, руд и промпродуктов и интенсификации одного из сульфидных месторождений. С использованием стандартных методик процессов дезинтеграции и вскрытия минеральных комплексов с учетом изучали физико-химические свойства продуктивных растворов: pH, Eh, различных условий их обработки. На рис. 7 представлен общий вид и блокконцентрацию ионов железа Fe2+, Fe3+ в растворах и содержание элементной схема установки, конструкция которой выполнена в виде двух основных серы S0 на поверхности частиц пирита. Результаты измерений сравнивали с блоков: технологического (поз. 1-8, 12) и электронного (поз. 9-11).

данными, полученными на образцах, подвергнутых биообработке без Таблица 5 – Электрофизические и технологические параметры предварительной энергетической обработки.

высокоимпульсной экспериментальной установки УОМЭП - В результате воздействия МЭМИ наблюдалась дезинтеграция частиц Напряжение высоковольтных импульсов, кВ 20 – пирита с их дальнейшим разукрупнением и вскрытием минеральной матрицы в Напряженность электрической компоненты поля, 107 В/м 0,5 – процессе БВ. После воздействия МЭМИ выход крупных частиц (-1 + 0,5 мм) Длительность импульса (на уровне 0,5EA), нс 3 –снизился с 13 % до 5,7 %. Воздействие бактериальной среды вызвало Длительность переднего фронта импульса, нс < интенсивное дефектообразование на поверхности частиц, а также увеличение и Форма импульса однополярный разрастание локальных корродированных областей поверхности.

Энергия в импульсе, Дж 0,05 – 0,После энергетических воздействий в ходе биообработки происходило снижение значений pH и рост Eh раствора. Сочетание предварительного Частота повторения импульсов, Гц 10 – 3воздействия МЭМИ и биообработки в условиях принудительной аэрации Мощность, потребляемая от сети, кВт < 0,(продувки воздухом) дало возможность снизить содержание пирита на 25 % Рабочая зона обработки, мм 80 х 80 х (по сравнению с 13,3 % в контрольном опыте). После обработки МЭМИ в Производительность установки при работе условиях естественной аэрации (механического перемешивания) было в непрерывном режиме, кг/ч выщелочено 7,2 % пирита и лишь 2 % – в контрольном опыте. После Скорость перемещения транспортера, мм/с 0,2 –воздействия МЭМИ количество элементной серы S0 на поверхности частиц пирита в условиях аэрации существенно повышается: c 12·10-2 мг/г (БВ) до Технологический процесс обработки минерального сырья состоит из 40,6·10-2 мг/г (МЭМИ и БВ).

следующих основных операций. Из бункера-накопителя (1) минеральное сырье Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности через регулируемый зазор поступает на транспортерную ленту (она же воздействия МЭМИ при использовании бактериального выщелачивания подвижный пассивный электрод) транспортной системы, которая обеспечивает сульфидных минералов, что позволило создать принципиально новую перемещение материала по всей технологической схеме. Транспортер подает технологию вскрытия упорных золотосодержащих руд. По результатам материал в блок формирования потока материала по ширине с помощью исследований получен патент РФ № 2226560 «Комбинированный способ подвижных направляющих и регулируемого по высоте ракеля (4, 5).

переработки упорного золотосодержащего сырья».

29 Формирование толщины потока осуществляется с помощью специального 100 кг/ч и его апробации применительно к процессам дезинтеграции и валка (7), прикатывающего материал. В результате этих операций достигается вскрытия минеральных комплексов при обогащении медно-никелевых руд и максимальное приближение размеров потока обрабатываемого материала к промпродуктов в рамках договора УРАН ИПКОН РАН с ОАО ЗФ размерам активного электрода (9), расположенном в блоке электроимпульсной «Норильский никель» в лице НЛО ГМОИЦ г. Норильск.

обработки. Сформированный поток материала транспортером подается в зону Влияние воздействия МЭМИ на показатели гравитационного обогащения энергетической обработки наносекундными МЭМИ, интенсивность и доза промпродуктов медно-никелевых руд которой регулируется в зависимости от вида минерального сырья за счет Перспективность применения метода селективной дезинтеграции изменения скорости движения ленты транспортера и частоты следования минеральных комплексов воздействием МЭМИ и его эффективность были импульсов. Обработанный материал поступает в бункер-накопитель (12) и доказаны при переработке платиносодержащих продуктов обогащения далее направляется на обогащение или цианирование. Крупность материала Норильской ОФ: песковой фракции отвальных хвостов (содержание поступающего на обработку МЭМИ может изменяться в диапазоне от 20 – 50 мкм МПГ 1 г/т) и первичного гравитационного концентрата рудного цикла до 500 – 1000 мкм. Возможна обработка материала в сухом или увлажненном (МПГ 500 г/т). Доводка данных минеральных продуктов на ОФ (до 20 % влаги) состоянии.

осуществляется по схеме: «доизмельчение - сепарация» в центробежном концентраторе «Knelson». Анализ технологических базовых данных по извлечению Pt, Pd и Au свидетельствует о том, что они недостаточно высоки:

при переработке хвостов извлечение данных компонентов находится на уровне 15 %, а при переработке гравитационного концентрата – на уровне 84 %, и, вполне вероятно, что операция доизмельчения недостаточно эффективна.

С целью повышения эффективности операции центробежной сепарации доводка продуктов осуществлялась по схеме: «МЭМИ – доизмельчение – сепарация». Оба продукта подвергались электроимпульсной обработке при следующих электрофизических параметрах импульсов: амплитуда – 40 кВ, а) б) длительность импульса – 10-30 нс, длительность фронта – 3-5 нс, форма – Рис. 7 – Общий вид (а) и блок-схема (б) модульного образца опытной однополярный, энергия в импульсе – 0,1 Дж, частота следования импульсов – экспериментальной установки для обработки минеральных продуктов 100 Гц; были апробированы три режима воздействия: 2·102, 6·102 и 103 имп.

наносекундными МЭМИ: 1 – бункер для загрузки и дозирования материала; 2 – После обработки МЭМИ продукты доизмельчались и тестировались на транспортная система с подвижным электродом; 3 – электропривод;

гравитационное обогащение в концентраторе «Knelson-3» (работы по технологические блоки: 4, 5 – предварительной формовки потока породы по измельчению и гравитационному обогащению проводились в ГМОИЦ ширине и высоте; 6 – увлажнения породы; 7 – окончательной формовки потока Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» Ю.В. Благодатиным и породы; 8 – изменения уровня потока материала; 9 – блок электродов и В.Д. Чегодаевым). Для исходных продуктов песковой фракции отвальных формирователя МЭМИ; 10 – генератор импульсов управления; 11 – преобразователь напряжений; 12 – бункер-накопитель обработанной породы хвостов время предварительного измельчения в шаровой мельнице перед операцией гравитационного обогащения составляло 0, 40 и 75 мин. Для Основными техническими решениями, реализующими способ обработки продуктов, подвергнутых воздействию МЭМИ в течение 2, 6 и 10 с, время минерального сырья МЭМИ, являются: конструкция генератора и способ последующего измельчения составило 15, 30, 40 мин соответственно.

формирования высоковольтных импульсов; оригинальное конструктивное В табл. 6 представлены данные по максимальному приросту извлечения решение для электродной и транспортной систем, исполняющих роль платины, палладия и золота в результате предварительной обработки МЭМИ, формирователя рабочего пространства с необходимой напряженностью механического доизмельчения и последующего гравитационного обогащения в электрического поля и временными характеристиками импульсов в концентраторе «Knelson». Для материала песковой фракции лежалых наносекундном диапазоне. Предложенные технические решения были отвальных хвостов самый высокий прирост извлечения благородных металлов использованы при выполнении работ по созданию опытного образца был получен при минимальном времени воздействия МЭМИ (2 с) и времени укрупненного экспериментального модульного стенда по воздействию МЭМИ последующего измельчения (15 мин). В перспективе можно ожидать, что на минеральное сырье в непрерывном режиме с производительностью более время измельчения может быть снижено.

31 1. На основе анализа современных проблем обогащения упорных руд Таблица 6 – Результаты по доизвлечению МПГ и золота из продуктов благородных металлов России и нетрадиционных энергетических методов переработки вкрапленных медно-никелевых руд в результате доводки по схеме:

дезинтеграции минеральных комплексов дано обоснование преимуществ и МЭМИ – доизмельчение – сепарация эффективности метода обработки тонкодисперсного минерального сырья МЭМИ, обеспечивающего максимальную полноту вскрытия минеральных Прирост Продукт Содержание металлов, г/т K комплексов и получения прироста извлечения ценных компонентов (золота на извлечения, % 5–80 %, серебра – 20–47 %, МПГ – 3–67 %) при уменьшении энергозатрат.

Pt – 66,9 c 1,55 (без МЭМИ) до 29,0 3,9 21,2. Разработаны теоретические основы процесса селективной I Pd – 52,2 1,54 27,6 2,11 18,Au – 74,7 0,171 6,3,64 27,5 дезинтеграции тонкодисперсных минеральных комплексов при наносекундном Pt – 5,4 2849 до 5780 17,6 18,импульсном воздействии, и вскрыты следующие его механизмы:

II Pd – 5,9 2242 4411 17,5 18,- разупрочнение минералов вследствие образования каналов Au – 4,29 182 317,8 18,электрических пробоев матрицы минерала-хозяина, развитие которых приводит к формированию зон наведенной трещиноватости в минеральной среде;

Повышение извлечения благородных металлов обусловлено не - дезинтеграция минеральных агрегатов вследствие возникновения увеличением выхода продукта, а за счет более высокого коэффициента термомеханических напряжений на границах срастания компонентов с концентрирования металла К, который определялся соотношением содержания различными электро- и теплофизическими свойствами при локальном металла в продукте после сепарации и его содержанием в исходном продукте и импульсном нагреве;

оказался выше во всех экспериментах с использованием МЭМИ (табл. 6). За - поглощение энергии импульсного электромагнитного излучения счет селективной дезинтеграции минеральных комплексов при импульсном наноразмерными частицами благородных металлов и полупроводниковыми воздействии повышается качество готовой продукции, что обеспечивает сульфидными минералами-носителями (скин-эффект).

увеличение эффективности центробежной сепарации в классификаторе Установлено, что общим признаком рассмотренных механизмов «Knelson» при переработке хвостов обогащения в 2–3 раза, а при переработке дезинтеграции является условие ограничения как на минимальный размер первичного гравиоконцентрата рудного цикла в 1,5–2 раза.

минерального агрегата (0,1–1 мм), так и на размер вкрапленных в него частиц Воздействие МЭМИ для условий обогащения вкрапленных руд дает благородных металлов (0,3–30 нм). В случае полупроводниковых сульфидных максимальный эффект перед процессами тонкого измельчения руды и минералов эффективность электромагнитного импульсного воздействия поступлением минерального сырья на гравитационное обогащение с зависит от проводимости минерала-хозяина, при малой проводимости которого использованием аппаратов «Knelson». Полученные результаты излучение воздействует на металлические включения во всем разрядном свидетельствуют, что основной эффект прироста извлечения золота и МПГ промежутке, а в случае высокой проводимости – только на те зерна, которые обусловлен максимальным раскрытием минералов по границам срастания, т.е.

содержатся в частицах сульфидов, расположенных в поверхностных слоях резким уменьшением числа сростков.

обрабатываемого материала. Размер образующихся трещин в минералеЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ хозяине – порядка размера металлических включений.

В диссертации на основании выполненных автором теоретических и 3. Показано, что при воздействии наносекундных МЭМИ вследствие экспериментальных исследований решена крупная научная проблема автоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводниковых сульфидных обоснования механизма и эффективности воздействия мощных наносекундных минералов развивается процесс электрических разрядов между частицами электромагнитных импульсов на процессы дезинтеграции тонкодисперсных сульфидов, вызывающих следующие изменения состояния поверхности, минеральных комплексов и разработки принципиально нового электрофизических и механических свойств минералов (пирита, арсенопирита энергосберегающего метода вскрытия и концентрирования микро- и и халькопирита):

наночастиц благородных металлов из упорных руд и продуктов обогащения, - появление на поверхности минералов зон прорастания каналов имеющего важное народно-хозяйственное значение для цветной металлургии. нарушения сплошности в виде эрозионных очагов (фигур) пробоя и трещин, в местах локализации которых наблюдаются новообразования оксидов железа и Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

элементной серы;

33 Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

- снижение удельного сопротивления на 30-70 %, коэффициента ТЭДС – ~25 % и микротвердости – 5-20 % поверхности сульфидов в зависимости от 1. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Лунин В.Д., Гуляев Ю.В., Бунина Н.С., Вдовин В.А., интенсивности импульсного воздействия и формы импульсов.

Воронов П.С., Корженевский А.В., Черепенин В.А. Использование мощных 4. Интенсификация процессов вскрытия тонкодисперсных минеральных электромагнитных импульсов в процессах дезинтеграции и вскрытия упорного золотосодержащего сырья // Физико-технические проблемы обогащения полезных комплексов благородных металлов и извлечения микро- и наночастиц золота, ископаемых. - 2001. - № 4. - C. 95-106.

платины и серебра при воздействии МЭМИ и последующем выщелачивании и цианировании упорных золото-сульфидных руд (патент РФ 2139142) и 2. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Лунин В.Д. Нетрадиционные методы дезинтеграции и вскрытия упорных золотосодержащих продуктов: теория и технологические результаты гравитационном обогащении вкрапленных платиносодержащих продуктов // Горный журнал. – 2005. – № 4. – С. 68-74; Chanturiya V.A., Bunin I.Zh., Lunin V.D.

достигается за счет образования каналов электрического пробоя, микротрещин Non-Traditional Methods of Disintegrations and Liberating Resistant Gold-Bearing Minerals.

и селективного раскрытия сростков.

Theory and Technological Results // Eurasian Mining. Gornyi Zhurnal. – 2006. – № 1. – 5. Экспериментально установлен эффект синергетического влияния PP. 36-43.

МЭМИ и поровой влаги (при соотношении Т : Ж от 5:1 до 3:1) на процессы 3. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Лунин В.Д. Применение высоковольтной импульсной дезинтеграции и вскрытия труднообогатимого золотосодержащего сырья и техники и наносекундной электроники в процессах переработки благороднометального последующего извлечения золота при цианировании, прирост извлечения минерального сырья // Маркшейдерия и недропользование. – 2005. - № 5. – С. 32-43.

которого в зависимости от вида сырья и pН увлажняющей среды составил от 4. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Модели процессов дезинтеграции и 20 % до ~70 % (патент РФ 2176558).

вскрытия минеральных сред при высокоимпульсном (pulsed power) воздействиях // 6. Установлено, что предварительное воздействие МЭМИ Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: Изд-во МГГУ. – 2005. – № 9.

интенсифицирует процесс бактериально-химического окисления сульфидных – C. 326-330.

минералов, в результате которого наблюдается снижение pH и рост Eh 5. Чантурия В.А., Бунин И.Ж. Высокоимпульсный метод вскрытия упорных продуктивного раствора; концентрация ионов железа в растворе и скорость золотосодержащих продуктов // Записки Горного института – СПб: Изд-во СПГГИ окисления пирита существенно превосходят значения, полученные в (ТУ). – 2005. – Т. 165. – С. 207-209.

экспериментах по бактериальному выщелачиванию без предварительного 6. Бунин И.Ж., Зубенко А.В., Копорулина Е.В. Изучение влияния мощных энергетического воздействия (патент РФ 2226560). электромагнитных импульсов с различными параметрами на процессы дефектообразования и разрушения сульфидных минералов и кварца // Горный 7. На основе проведенных теоретических и экспериментальных информационно-аналитический бюллетень.–М.: Изд-во МГГУ.– 2006.–№ 2.–С. 385-389.

исследований дано обоснование основных физико-технических параметров 7. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Зубенко А.В. Влияние мощных наносекундных обработки МЭМИ упорного благороднометального минерального сырья с импульсов на технологические свойства упорных золотосодержащих продуктов и целью интенсификации процессов дезинтеграции и вскрытия минеральных железистых кварцитов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: Издкомплексов и повышения извлечения ценных компонентов при обогащении и во МГГУ. – 2006. – № 8. – С. 365-373.

цианировании: амплитуда напряжения высоковольтных импульсов – от 20 до 8. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев И.Ж. О механизмах диссипации энергии 50 кВ; напряженность электрического поля – (0,5 – 1,0)·107 В/м; длительность мощных наносекундных импульсов в природных минералах-полупроводниках импульса – не более 50 нс; длительность переднего фронта импульса – не (магнитный пинч-эффект) // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.:

более 1 – 2 нс; форма импульса – однополярный, биполярный, Изд-во МГГУ. – 2006. – № 9. – С. 367-375.

комбинированный; энергия в импульсе – 0,1 – 1,0 Дж; частота повторения 9. Чантурия В.А., Бунин И.Ж. Нетрадиционные высокоэнергетические методы импульсов – 10–103 Гц.

дезинтеграции и вскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов // ФизикоСоздан модульный образец опытной экспериментальной установки технические проблемы обогащения полезных ископаемых.- 2007. - № 3. - C. 107-128.

УОМЭП – 1 для изучения влияния электромагнитной импульсной обработки 10. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. К теории дезинтеграции полидисперсных минералов, руд и промпродуктов на их физические, физико-химические и минеральных сред при нетепловом воздействии мощных электромагнитных импульсов технологические свойства и даны рекомендации для разработки и создания (об автоэмиссионных свойствах сульфидных минералов) // Горный информационноопытного образца укрупненного экспериментального модульного стенда по аналитический бюллетень. – М.: Изд-во МГГУ. – 2007. – № 12. – С. 347-354.

воздействию МЭМИ на минеральное сырье в непрерывном режиме с 11. Бунин И.Ж. Мощные наносекундные электромагнитные импульсы и их производительностью более 100 кг/ч, установленного и апробированного на применение в процессах дезинтеграции минеральных комплексов // Горный ОФ ОАО «ГМК «Норильский никель».

35 информационно-аналитический бюллетень. – М.: Изд-во МГГУ. – 2008. – № 2. – С. 376- Материалы I международной конференции молодых ученых и специалистов. – М.:

391. ИПКОН РАН. – 2002. – C. 114-116.

12. Чантурия В.А., Гуляев Ю.В., Лунин В.Д., Бунин И.Ж., Черепенин В.А., Вдовин 24. Чантурия В.А., Башлыкова Т.В., Бунин И.Ж., Дорошенко М.В., Живаева А.Б., В.А., Корженевский А.В. Вскрытие упорных золотосодержащих руд при воздействии Иванова Т.А., Лунин В.Д., Пахомова Г.А., Соловьев В.И. Интенсификация процесса мощных электромагнитных импульсов // Доклады АН. – 1999. – Т. 366, № 5. – C. 680- бактериального выщелачивания пирита высокоэнергетическими воздействиями // 683. Материалы II Всероссийской научной конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий». – Томск: Изд-во ТПУ. – 2002. – Т. 1. – С. 179-182.

13. Чантурия В.А., Гуляев Ю.В., Бунин И.Ж., Вдовин В.А., Корженевский А.В., Лунин В.Д., Черепенин В.А. Синергетическое влияние мощных электромагнитных импульсов 25. Chanturiya V.A., Gulyaev Yu.V., Bunin I.J., Lunin V.D., Sedelnikova G.V. Nonи поровой влаги на вскрытие золотосодержащего сырья // Доклады АН. – 2001. – Т. 379. traditional highly effective breaking-up technology for resistant gold-containing ores and – № 3. – C. 372-376. beneficiation products // Proceedings of XXII International Mineral Processing Congress. – Cape Town: Document Transformation Technologies. – 2003. – V. 1. – PP. 232-241.

14. Бунин И.Ж., Бунина Н.С., Вдовин В.А., Воронов П.С., Гуляев Ю.В., Корженевский А.В., Лунин В.Д., Чантурия В.А., Черепенин В.А. Экспериментальное исследование 26. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Лунин В.Д., Седельникова Г.В., Крылова Г.С.

нетеплового воздействия мощных электромагнитных импульсов на упорное Нетрадиционные методы вскрытия упорных золотосодержащих руд и продуктов золотосодержащее сырье // Известия АН. Серия «Физическая». – 2001. – Т. 65. – № 12. – обогащения // Подземное и кучное выщелачивание урана, золота и других металлов:

С. 1788-1792. Монография / под ред. М.И. Фазлулина. – М.: Издательский дом «Руда и металлы». – 2005. – Т. 2: Золото. - С. 111-122.

15. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Механизмы дезинтеграции минеральных сред при воздействии мощных электромагнитных импульсов // Известия АН. Серия 27. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Высокоэнергетические методы «Физическая». – 2004. – Т. 68. – № 5. – С. 629-631.

дезинтеграции и вскрытия минеральных комплексов // Труды VI международной научной конференции «Физические проблемы разрушения горных пород» – М.:

16. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Селективная дезинтеграция ИПКОН РАН. – 2005. – C. 73-81.

тонковкрапленных минеральных комплексов при высокоимпульсном воздействии // Известия РАН. Серия «Физическая». – 2005. – Т. 69. – № 7. – С. 1058-1061.

28. Бунин И.Ж. Нетрадиционные методы дезинтеграции и вскрытия тонковкрапленных минеральных комплексов. // Материалы международного совещания 17. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. О пинч-эффекте в сульфидных «Плаксинские чтения - 2005». – СПб: Роза мира. – 2005. – C. 172-175.

минералах при импульсном наносекундном воздействии // Известия РАН. Серия.

«Физическая». – 2006. – Т. 70. – № 7. – С. 1061-1064.

29. Chanturiya V.A., Bunin I.J. Nanosecond pulsed power technologies for disintegration and breaking-up of fine disseminated mineral complexes // Proceeding of The International 18. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Об автоэмиссионных свойствах Congress of Nanotechnology: ICNT 2005. – San Francisco, USA. – 2005. – PP. 1-16.

сульфидных минералов при воздействии мощных наносекундных импульсов // Известия РАН. Серия. «Физическая». – 2007. – Т. 71. – № 5. – С. 570-573.

30. Чантурия В.А., Бунин И.Ж. Высокоимпульсный метод дезинтеграции и вскрытия тонковкрапленных минеральных комплексов // Золотодобыча.– 2006. – № 87. – С. 10-13.

19. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Концентрация энергии в электрических разрядах между частицами полупроводниковых сульфидных минералов при 31. Chanturiya V.A., Bunin I.J. Application of high-power electromagnetic pulses to воздействии мощных наносекундных импульсов // Известия РАН. Серия. «Физическая».

disintegration of noble metals disseminated mineral complexes // Proceeding of the XXIII – 2008. – Т. 72. – № 8. – С. 1118-1121.

International Mineral Processing Congress. – Turkey: Promed Advertising Agency. – 2006. – V. 2. – PP. 1535-1540.

20. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Наносекундные электрические разряды между частицами полупроводниковых сульфидных минералов в водной среде // 32. Chanturiya V.A., Bunin I.J., Kovalev A.T. Mechanisms of disintegration of mineral Известия РАН. Серия. «Физическая». – 2009. – Т. 73. – № 5. – С. 726-729.

media exposed to high-power electromagnetic pulses // Computational Methods / Liu G.R., Tan V., Han X. (Eds). – Berlin, Heidelberg, New York: Springer. – 2006. – PP. 1605-1612.

21. Чантурия В.А., Трубецкой К.Н., Викторов С.Д., Бунин И.Ж. и др. Наночастицы в процессах разрушения и вскрытия геоматериалов (монография). - М: ИПКОН РАН. – 33. Chanturiya V.A., Bunin I.J. Pulsed Power Breaking-Up Technology for Resistant Gold2006. – 216 с. Containing Ores and Beneficiation Products // Proceedings of EPD Congress 2006. – San Antonio, Texas, USA. – 2006. – PP. 93-102.

22. Чантурия В.А., Гуляев Ю.В., Бунин И.Ж. и др. Влияние мощных электромагнитных импульсов на повышение извлечения золота из упорного 34. Бунин И.Ж. Механизмы нетеплового воздействия мощных наносекундных электромагнитных на процесс дезинтеграции минеральных комплексов. – Материалы минерального сырья // Труды II международного симпозиума «Золото Сибири». - международного совещания «Плаксинские чтения - 2006». – Красноярск: ИХХТ СО Красноярск: Изд-во КНИИГиМС. – 2001. - С. 110-112.

РАН. – 2006. – C. 192-193.

23. Бунин И.Ж. Влияние высокоэнергетических воздействий на дезинтеграцию 35. Бунин И.Ж. Мощные наносекундные электромагнитные импульсы и их упорных золотосодержащих продуктов и извлечение ценных компонентов. – 37 применение в процессах дезинтеграции тонкодисперсных минеральных комплексов // Материалы международного совещания «Плаксинские чтения - 2007». – Апатиты: Издво КНЦ РАН. – 2007. – Ч. 1 – C. 72-76.

36. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Автоэмиссионные свойства сульфидных минералов в процессах дезинтеграции и окисления их поверхности при воздействии наносекундных электромагнитных импульсов // Фазовые переходы, упорядоченные состояния и новые материалы. Электронный журнал. – 2007. – № 11. – статья № 09:

http://ptosnm.ru/_files/Moduls/catalog/items/T_catalog_items_F_download_I_364_v1.pdf.

37. Chanturiya V.A., Bunin I.Zh., Kovalev A.T. Field-Emission Properties of Sulfide Minerals under High-Power Nanosecond Pulses // TMS2008 137th Annual Meeting & Exhibition Supplemental Proceedings Vol. 2: Characterization of Minerals, Metals, and Materials. (ISBN: 978-0-87339-717-9). – USA: TMS. – 2008. – PP. 27-32.

38. Chanturiya V.A., Bunin I.Zh. Non-traditional high-energy methods for disintegration and breaking-up of fine-disseminated mineral complexes from refractory precious metal ores // Proceeding of XXIV International Mineral Processing Congress, Beijing, China, 2008. – Beijing: Science Press. – 2008. – Vol. 1. – PP. 262-273.

39. Бунин И.Ж. Электрические разряды между частицами сульфидных минералов при воздействии наносекундных электромагнитных импульсов // Материалы международного совещания «Плаксинские чтения – 2008». – Владивосток: Изд-во ГИДГТУ. – 2008. – Ч. 1. – C. 61-64.

40. Павлова Л.М., Бунин И.Ж. Вскрытие тонкодисперсных частиц золота комбинированием физических и биохимических методов // Материалы международного совещания «Плаксинские чтения - 2008». – Владивосток: Изд-во ГИДГТУ. – 2008. – Ч. 1. – C. 69-72.

41. Патент РФ № 2139142 / Способ переработки материалов, содержащих благородные металлы / Чантурия В.А., Лунин В.Д., Бунин И.Ж., Гуляев Ю.В., Черепенин В.А., Вдовин В.А., Корженевский А.В., Седельникова Г.В., Крылова Г.С. – Бюллетень ФИПС – 1999. – № 28.

42. Патент РФ № 2176558 / Способ переработки материалов, содержащих благородные металлы / Бунин И.Ж., Вдовин В.А., Гуляев Ю.В., Корженевский А.В., Лунин В.Д., Чантурия В.А., Черепенин В.А. – Бюллетень ФИПС. – 2001. – № 34.

43. Патент РФ № 2226560 / Комбинированный способ переработки упорного золотосодержащего сырья / Чантурия В.А., Башлыкова Т. В., Бунин И. Ж., Дорошенко М. В., Живаева А.Б., Иванова Т.А., Лунин В.Д., Пахомова Г.А., Соловьев В.И. – Бюллетень ФИПС. – 2004. – № 10.







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.