Лаборатория №4.1. Теории разделения минеральных компонентов

Область научной деятельности

Область научной деятельности лаборатории охватывает науки группы «Обогащение полезных ископаемых» в системе наук о Земле.
Целью деятельности лаборатории является получение развитие фундаментальных знаний, составляющих основу создания инновационных способов и методов разделения минеральных компонентов, обеспечивающих высокую эффективность, устойчивое развитие, экологическую и промышленную безопасность новейших технологий обогащения полезных ископаемых.

Направление научной деятельности определяется Программой фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы — «Развитие теории комплексного извлечения ценных компонентов и глубокой переработки труднообогатимых руд и нетрадиционного минерального сырья».

В рамках данного направления решаются следующие фундаментальные научные проблемы:

• Развитие теории взаимодействия селективных реагентов с минералами благородных металлов и разработка технологических процессов извлечения ценных компонентов из комплексных руд и нетрадиционного минерального сырья;
• Научное обоснование структурных, физико-химических и технологических свойств минералов в процессах комбинированных физико-химических и энергетических воздействий на геоматериалы и водные суспензии для повышения извлечения ценных компонентов при обогащении и выщелачивании труднообогатимых руд
• Экологически безопасные методы обесшламливания и извлечения ценных компонентов из техногенных вод.

В рамках Программы фундаментальных исследований президиума РАН (ПП-27 Фундаментальный базис инновационных технологий прогноза, оценки, добычи и глубокой комплексной переработки стратегического минерального сырья, необходимого для модернизации экономики России) лаборатория проводит работы в рамках проекта “Разработка физико-химических и технологических основ комплексной безотходной переработки руд сложного вещественного состава с учетом приоритетности  обеспечения промышленности дефицитными металлами, в том числе редкоземельными”, где решаются следующие фундаментальные научные проблемы: “Развитие физико-химических основ и разработка инновационных технологий глубокой переработки стратегического минерального сырья(нетрадиционные платиносодержащие руды, упорные золотосодержащие продукты, техногенные воды медно-цинковых предприятий, алмазосодержащее сырье)”.

В соответствии с Программой фундаментальных исследований отделения наук о земле РАН  лаборатория проводит работы по теме: “Наночастицы: условия образования, методы анализа и извлечения из минерального сырья”, в рамках которой решаются следующие фундаментальные научные проблемы: “Нанообразования на поверхности сульфидов и алмазов и их роль в процессах разделения минерального сырья”.

Научный руководитель работы академик В.А. Чантурия.

Основные научные и научно-практические результаты

На основе комплекса современных физических и физико-химических методов минералого-технологических исследований создана теоретическая основа для промышленного освоения нового нетрадиционного вида платиносодержащего сырья – дунитов зональныхбазит-ультрабазитовых комплексов. Установлены контрастные технологические свойства продуктивной платиносодержащей минерализации в дунитах Гальмоэнанского массива (Камчатка), которые определяют возможность эффективного извлечения платины гравитационными методами. Научно обосновано и экспериментально подтверждено, что полнота извлечения платины из дунитов Нижне-Тагильский и Светлоборский массивов (Средний Урал) будет определяться  не только технологическим процессом стадиального измельчения и последовательного гравитационного извлечения платиносодержащей минерализации в крупных и средних классах, но и флотацией тонких фракций платиноидов из хвостовых и шламовых продуктов.

Контрастные технологические свойства продуктивной платиносодержащей минерализации в дунитах Среднего Урала

Разработана методика нанесения наноразмерных частиц золота на сульфидные минералы, имитирующая природный минерал, содержащий «невидимое» или субмикронное золото. Наноразмерные коллоидные частицы золота получены в виде золя золота при нагревании водного раствора HAuCl₄ в присутствии цитрата натрия Na₃C₆H₅O_7, который является одновременно восстановителем и стабилизатором коллоидных частиц. На поверхности минерала с помощью электронной зондовой микроскопии обнаружены частицы металлического золота со средним диаметром 60 − 100 нм. Полученный образец пирита характеризуется равномерностью распределения и относительной монодисперсностью новообразований золота.

            
Поверхность пирита с                         Реагент ДИФ, закрепившийся (в виде темной пленки),
наноразмерными частицами            на округлых выделениях металлической платины на
золота со средним                                поверхности зерна сульфидного минерала.
диаметром 60 − 100 нм                       Рентгеновский спектр платины с реагентом ДИФ

С применением оригинальной методики исследования избирательной адсорбции реагентов на поверхности минералов с искусственно нанесенными на них частицами благородных металлов идентифицирован продукт адсорбции диизобутилдитиофосфината натрия (реагент ДИФ) на платине Pt[(изо-C₄H₉)₂PS₂]_2.

Испытания реагента ДИФ на ОФ ОАО «Норильский никель» в цикле никелевой флотации  богатой Cu-Ni руды показали прирост извлечения Pt и Pd на 10-15%.

Обоснованы механизмы действия и показатели флотационного извлечения платино- и золотосодержащих минералов из комплексных Pt-Cu-Ni и Au руд и продуктов их обогащения. Разработаны и научно обоснованы реагентные режимы с применением новых селективных реагентов (ПТТК, ОПДТК, Хостафлот М-91, ДИФ, МТХ), которые за счет избирательной абсорбции на платино- и золотосодержащих сульфидах обеспечивают прирост извлечения благородных металлов на 6-13% при повышении содержания платиноидов и золота в сульфидных концентратах в 2-4 раза.    Решение данной проблемы позволяет улучшить технико-экономические показатели переработки бедных малосульфидных руд Норильского района и значительно повысить эффективность освоения крупных месторождений Pt-Pd рудФедорово-Панского массива на Кольском полуострове.

                                                                          
Сорбция реагента пергидро-1,3,5-дитиазин                                                   Комплексы ОПДТК с золотом
 -5-ил-метана на золотосодержащем пирите

Извлечение золотосодержащих минералов флотации Pt-Cu-Ni минералов и малосульфидной руды реагентами М-91, ОПДЭДТК, Кс

 

 

 

Канал пробоя и новообразования на поверхности пирита (а); результаты газодинамических расчетов процесса истечения разогретого газа из канала наносекундного пробоя пирита с учетом конденсации паров железа и серы: распределение температуры (слева) и степени конденсации железа (в центре) и серы (справа) в момент t = 0,8 мкс(б)

Разработаны теоретические основы направленного модифицирования структурного состояния, химического и фазового состава поверхности сульфидных минералов (пирита, арсенопирита, пирротина, пентландита, халькопирита и сфалерита) и структурно-зависимых (электрохимических, электрофизических, физико-химических и технологических) свойств сульфидов при воздействии мощных наносекундных электромагнитных импульсов (МЭМИ) и вскрыты основные механизмы формирования поверхностных микро- и нанофаз, обеспечивающих повышение извлечения и качества концентратов в процессах обогащения труднообогатимых руд сложного вещественного состава.

Разработана экологически безопасная электрохимическая технология водоподготовки для интенсификации процесса выщелачивания Cu-Zn руд сложного вещественного состава, обеспечивающая увеличение скорости растворения меди и цинка в продуктивный раствор в 1,6 ÷ 21,5 раз за счет интенсивного окисления сульфидов руды ионами активного хлора, ионами MnO4- и Fe3+, кислородом, а также разрушения матрицы минерала с образованием дефектов и микротрещин, что в комплексе приводит к интенсивному проникновению в объем минерала выщелачивающего раствора и ускорению десорбции образующихся химических продуктов.

Разработана экологически безопасная электрохимическая технология водоподготовки для интенсификации процесса выщелачивания Cu-Zn руд сложного вещественного состава, обеспечивающая увеличение скорости растворения меди и цинка в продуктивный раствор в 1,6 ÷ 21,5 раз за счет интенсивного окисления сульфидов руды ионами активного хлора, ионами MnO₄^— и Fe³⁺,

кислородом, а также  разрушения матрицы минерала с образованием дефектов и микротрещин, что в комплексе приводит к интенсивному проникновению в объем минерала выщелачивающего раствора и ускорению десорбции образующихся химических продуктов.

Установлена эффективность применения водоэмульсионного метода отмыва алмазов и сопутствующих им минералов от мазута и битума, обеспечивающего степень их очистки 98,8 и 90,0, соответственно.

Стадии изменения фазового состава поверхности пирита при воздействии МЭМИ по данным РФЭС

Инновационная деятельность

Промышленными испытаниями в цехе доводки ОФ №3 Мирнинского ГОКа и ОФ №8 АГОКа подтверждена эффективность отмывки от жировой мази алмазосодержащего концентрата по разработанной технологии с применением эмульсии «ЭДТ-100Д». Применение эмульсионного метода отмывки концентратов липкостной сепарации (–5+1 мм) перед процессом высокотемпературной сушки в схеме их окончательной доводки повышает показатели кондиции конечной продукции за счет увеличения выхода алмазов в среднем в 3,3 раза, что составляет 0,13% от общей кассы фабрики.

Применение эмульсионного метода отмывки концентратов пенной сепарации (–2+0,5 мм) перед процессом высокотемпературной сушки в схеме их окончательной доводки повышает показатели кондиции концентрата за счет увеличения выхода алмазов в среднем в 1,62 раза, что составляет 0,3% от общей кассы фабрики. Полученные результаты исследований и испытаний заложены в основу технологического регламента на технологию водоэмульсионной очистки концентратов липкостной сепарации и пенной сепарации для условий ОФ №8 Айхальского ГОКа.

Фотографии природных алмазов, обработанных жировой мазью, после термической сушки с предварительной отмывкой: в горячем содовом растворе и эмульсионным методом

Разработанная технология внедрена в схемах доводки обогатительных фабрик №3 МГОКа и №8АГОКа.

Получена декларация о соответствии № Д-RU.ПБ37.

В.0049 эмульсии дизельного топлива с водным раствором ПАВ (ЭДТ-100Д) для выданных и утвер-жденных технических условий ТУ 0251-002-00201-709-2010 согласно требованиям технического регламента.

Разработана электрохимическая технология водо-подготовки и промышленные аппараты, реализую-щие процесс пенной сепарации на Мирнинском ГОКе АК «АЛРОСА», что позволило обеспечить повышение извлечения алмазов на 5%.

Общий вид промышленной установки

Разработана электрохимическая технология комбинированного выщелачивания некондиционных медноцинковых руд и хвостов обогащения Учалинской ОФ, включающая их окомкование и смешивание, что обеспечивает получение продуктивных растворов с требуемой концентрацией ионов меди и цин-ка. Рациональные параметры электрохимической обработки подотвальных вод и их применения в процессе выщелачивания: плотность тока на элек-тродах – 250 А/м2, продолжительность электролиза 10 минут, периодичность обработки оборотной воды 1 раз в 15 дней, исходная концентрация NaCl 20 г/л, соотношение Т:Ж=1:2, продолжительность выщелачивания (не менее 100 суток).