Изменение объема твердой фазы продуктов окисления пирита. Происхождение и нахождение минерала

Владельцы патента RU 2397025:

Изобретение относится к флотационному выделению сульфидных минералов, содержащих благородные металлы, из концентратов и может быть использовано при флотационном обогащении сульфидных пирит-арсенопиритных руд, содержащих благородные металлы. Способ включает кондиционирование измельченной пульпы с сульфгидрильным собирателем, введение модификатора поверхности, депрессора и вспенивателя и выделение пиритного концентрата в пенный продукт флотации. В качестве модификатора поверхности используют 2-оксипропиловый эфир диэтилдитиокарбаминовой кислоты, а в качестве депрессора используют экстракт коры дуба. Технический результат - повышение эффективности разделения пирита и арсенопирита. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности к флотационному выделению сульфидных минералов, содержащих благородные металлы, из концентратов, и может быть использовано при флотационном обогащении сульфидных пирит-арсенопиритных руд, содержащих благородные металлы.

Известен (RU, патент 2004342) способ обогащения сульфидных руд, включающий обработку пульпы депрессором, введение модификатора поверхности для увеличения сорбции депрессора, введение коллектора и вспенивателя. В данном способе в качестве депрессора сульфидных минералов используют полимер, полученный на основе производных акриламида и N-аллилтиомочевины. При высоких расходах депрессор неизбирательно подавляет все сульфидные минералы. В качестве агента, модифицирующего поверхность, используют соединение с сильными окислительными или восстановительными свойствами (например, цианид, меркаптоэтанол, тиогликолевая кислота и др.), которое очищает поверхность сульфидного минерала, усиливая селективную адсорбцию депрессора. Изобретение направлено на избирательное выделение сульфидов из медных, медно-молибденовых и полиметаллических руд, содержащих свинец, медь, цинк, серебро, золото, никелевых и никелькобальтовых руд для облегчения операции отделения меди от свинца, свинца от цинка и меди от цинка.

Известен способ (В.А.Чантурия, Т.А.Иванова, В.Д.Лунин. Новый реагент для флотационного разделения пирита и арсенопирита. Цветные металлы, №4, 2001, стр.22.) флотационного разделения сульфидов, содержащих благородные металлы, в котором дополнительно к основному сульфгидрильному собирателю используют реагент ПРОКС, в состав которого одновременно входят компоненты, снижающие флотируемость арсенопирита и повышающие флотируемость пирита и халькопирита. Указанный реагент подают в процесс перед ксантогенатом. Особенностью данного способа является избирательность флотационного поведения компонентов реагента ПРОКС по отношению к сульфидам, в частности к разновидностям пирита.

Недостатком способа является то, что некоторые разновидности пирита депрессируются в присутствии реагента ПРОКС.

Наиболее близким аналогом можно признать способ разделения золотосодержащих пирита и арсенопирита в присутствии сульфгидрильного собирателя ксантогената в щелочной среде (Чантурия В.А., Федоров А.А., Матвеева Т.Н. Взаимосвязь элементного состава поверхности золотосодержащих пирита и арсенопирита с их сорбционными и флотационными свойствами. ФТПРПИ. - 1997. - №6, с.110-115). Однако при разделении пирита и арсенопирита в присутствии ксантогената необходимо создание высокощелочной среды (pH 11,8-12,2). Кроме того, эффективность разделения существенно зависит от наличия примесей в разделяемых минералах. Присутствие меди и мышьяка в арсенопирите, а также золота и меди в пирите нарушают селекцию.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в разработке эффективного способа разделения сульфидных минералов: пирита и арсенопирита.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в обеспечении селективного выделения ценных компонентов в разноименные концентраты при одновременном сокращении безвозвратных потерь ценных компонентов с общими хвостами в присутствии сульфгидрильного собирателя, модификатора поверхности, депрессора и вспенивателя.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ разделения пирита и арсенопирита, включающий кондиционирование измельченной пульпы с сульфгидрильным собирателем, введение модификатора поверхности, депрессора и вспенивателя и выделение пиритного концентрата в пенный продукт флотации, причем в качестве модификатора поверхности используют 2-оксипропиловый эфир диэтилдитиокарбаминовой кислоты (ОПДТК), а в качестве депрессора используют экстракт коры дуба (ЭКД).

В предпочтительном варианте реализации используют соотношение сульфгидрильного собирателя, 2-оксипропилового эфира диэтилдитиокарбаминовой кислоты и экстракта коры дуба, составляющее 1:0,5:(0,5-1,5). Желательно применять разработанный способ для пульпы с крупностью частиц (-0,16+0,044 мм).

При реализации способа могут быть использованы:

- (сульфгидрильный) собиратель, ксантогенат калия (БКс), соответствующий (ГОСТ 7927-75), либо другие алкилксантогенаты или алкилдитиокарбаматы и др.;

2- оксипропиловый эфир диэтилдитиокарбаминовой кислоты, полученный на основе диэтилилдитиокарбамата и пропиленхлоргидрина (В.А.Чантурия, Т.А.Иванова, В.А.Тюрникова. Модифицирование растворов флотореагентов высокоактивными соединениями. Сб. материалов Y Конгресса обогатителей стран СНГ, том III, М., 2005 год);

Вспениватели: Сосновое масло ГОСТ 6792-74 или Метилизобутилкарбинол (МИБК) ТУ 6-02-891-78;

Экстракт коры дуба, полученный путем обработки стружки и коры дуба водой с добавлением щелочи или бисульфита (Л.Я.Шубов, С.И.Иванков, Н.К.Щеглова. Флотационные реагенты в процессах обогащения минерального сырья. Книга 1, стр.349).

Селективность действия сочетания модификатора поверхности ОПДТК и депрессора ЭКД, имеющего в молекуле несколько гидроксильных групп, основано на различной прочности их соединений с разновалентными ионами железа, находящимися на поверхности пирита (Fe 2+) и арсенопирита (Fе 3+). ОПДТК, прочно закрепляясь на поверхности пирита, препятствует закреплению депрессора ЭКД. На арсенопирите депрессор ЭКД, напротив, образует более прочное соединение с Fe 3+ , вытесняя модификатор ОПДТК и собиратель БКс с его поверхности. Конкуренция этих веществ приводит к более сильной гидрофилизации поверхности арсенопирита и обеспечивает эффективное разделение минералов.

Для осуществления флотационного разделения арсенопирита и пирита в лабораторных условиях была использована лабораторная механическая флотомашина, в промышленных условиях может быть использована флотомашина любого типа.

Для подтверждения эффективности разработанного способа было проведено сравнение его со способом, выбранным в качестве ближайшего аналога.

Эксперименты проводили на вышеуказанном лабораторном оборудовании с использованием в качестве вспенивателя метилизобутилкарбинола, используемые минералы были измельчены до (-0,1+0,074 мм).

Необходимую для опытов крупность получали истиранием минералов в фарфоровой мельнице и рассеиванием на классы на ситах.

1. По способу-прототипу (опыт 1 в таблице)

Навеску измельченного минерала пирита или арсенопирита (1 грамм) помещали во флотационную камеру, заливали водным раствором щелочи рН11,5, вводили собиратель БКс 100(г/т) и кондиционировали пульпу с собирателем 1 мин, подавали вспениватель МИБК, перемешивали 0,5 мин, затем флотировали в течение 5 минут.

2. По способу-прототипу (опыт 2 в таблице)

Повторение опыта 1 в условиях проведения опыта 1 на пирите, содержащем примесь мышьяка (0,7%), и арсенопирите, содержащем золото (14 г/т).

3. По разработанному способу (опыты 3-5 в таблице)

Навеску измельченного минерала пирита или арсенопирита (1 грамм) помещали во флотационную камеру, заливали водой pH 7, вводили собиратель 100(г/т) БКс и кондиционировали пульпу с собирателем 1 мин, подавали ОПДТК 50 г/т и ЭКД 50, 100 или 150 г/т, кондиционировали 1 мин, вводили вспениватель МИБК, перемешивали 0,5 мин, затем флотировали в течение 5 минут.

6. По разработанному способу, но без введения модификатора поверхности ОПДТК (опыт 6 в таблице).

7. По разработанному способу для разделения смеси пирита и арсенопирита (1:1) (2 грамма) смеси помещали во флотационную камеру, заливали водой pH 7, вводили собиратель 100 (г/т) БКс и кондиционировали пульпу с собирателем 1 мин, подавали ОПДТК 50 г/т и ЭКД 100 г/т, кондиционировали 1 мин, вводили вспениватель МИБК, перемешивали 0,5 мин, затем флотировали в течение 5 минут.

Анализ данных таблицы показывает, что наилучшими условиями разделения пирита и арсенопирита по предлагаемому способу являются условия опыта 4. В отсутствии модификатора поверхности (опыт 6) разница в извлечении уменьшается.

Разработанный способ позволяет обеспечить селективное выделение ценных компонентов в разноименные концентраты при одновременном сокращении на 5-7% безвозвратных потерь ценных компонентов с общими хвостами относительно способа-прототипа.

Таблица 1
№ опыта	Расход реагентов, г/т	Выход пирита в концентрат, %	Выход арсенопирита в концентрат, %	Разница в извлечении минералов, %
1	Способ-прототип: БКс 100, без модификатора поверхности, депрессор NaOH на мономинеральных фракциях	85,0	20,0	65,0
2	Способ-прототип: БКс 100, без модификатора поверхности, депрессор NaOH на минералах с примесями	60,0	35,0	25,0
3	Предлагаемый способ:	88,7	13,1	75,0
	БКс-100,
	ОПДТК-50,
ЭКД-50
4	Предлагаемый способ:	84,0	4,0	80,0
	БКс-100,
	ОПДТК-50,
ЭКД-100
5	Предлагаемый способ:	55,0	4,0	51,0
	БКс-100,
	ОПДТК-50,
ЭКД-150
6	Без модификатора поверхности.	60,0	35,0	25,0
	БКс-100,
	ОПДТК-0
ЭКД-100
7	Предлагаемый способ на смеси пирита и арсенопирита (1:1):	82,0	7,0	75,0
	БКс-100,
	ОПДТК-50,
ЭКД-100

1. Способ разделения пирита и арсенопирита, включающий кондиционирование измельченной пульпы с сульфгидрильным собирателем, введение модификатора поверхности, депрессора и вспенивателя и выделение пиритного концентрата в пенный продукт флотации, отличающийся тем, что в качестве модификатора поверхности используют 2-оксипропиловый эфир диэтилдитиокарбаминовой кислоты, а в качестве депрессора используют экстракт коры дуба.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение сульфгидрильного собирателя, 2-оксипропилового эфира диэтилдитиокарбаминовой кислоты и экстракта коры дуба составляет 1:0,5:(0,5-1,5).

Что собой представляет пирит? Формула химическая данного соединения - FeS2 (дисульфид железа). В переводе с греческого языка это вещество называется «огненным камнем». Рассмотрим некоторые характеристики и области применения данного соединения.

Свойства пирита

Формула окисления пирита в горных породах в сульфидной форме - распространенное в природе соединение. В качестве примесей в нем содержится никель, медь, кобальт, золото, мышьяк, селен. На поверхности, неподверженной окислению, минерал имеет золотисто-желтый цвет. Пирит имеет формулу октаэдра, куба с грубой штриховкой на гранях. Для него характерны радиально-лучистые агрегаты, скелетные формы.

Особенности образования

Что представляет собой пирит? Структурная формула данного соединения объясняет его магматическое происхождение. Он выделяется из сероводородных горячих источников, которые идут от магматических очагов. Поскольку формула пирита FeS2, он содержится в ископаемых углях, осадочных породах. Существенные скопления этого минерала образуются на дне океана. Данное соединение может образовываться во многих осадочных породах: мергелистых, углистых, глинистых благодаря реакции поверхностного водного раствора, в составе которого есть железо, с сероводородом, получаемым по мере разложения остатков органического происхождения.

Какую особенность имеет формула минерала пирита? В данном соединении преобладает ионная химическая связь, придающая минералу прочность и твердость. Соединение встречается на дне озер, болот, в метаморфических породах.

Вблизи поверхности пирит является неустойчивым соединением, быстро подвергается окислению и химическому выветриванию. При окислении происходит его переход в лимонит (нерастворимый гидроксид железа), а также в раствор серной кислоты. По этой причине в верхнем слое месторождений этого минерала часто находят скопления бурого железняка.

В местах горных выработок встречаются выделения сульфида железа в виде сталактитов. В колчеданных рудах, обогащенных данным минералом, формируется самородная высокодисперсная сера.

В лабораторных условиях формула пирита может быть получена в ходе взаимодействия сероводорода с соединениями железа. Реакция осуществляется в водном либо щелочном растворе.

Некоторые месторождения

Максимальные залежи пирита располагаются в земной коре. Самым распространенным гидротермальным минералом является сульфид. Существенные количества пирита обнаружены в ассоциации с магнетитом, халькопиритом, пирротином.

Формула пирита в химии - FeS2. Это вещество является исходным сырьем для промышленного получения серной кислоты. Огарок, образуемый после обжига этого минерала, является ценным продуктом для изготовления чугуна и стали.

Основные месторождения пирита в нашей стране обнаружены на Алтае, Кавказе, Урале. В Центральной России он встречается в морских серых глинах, а также залежах бурого угля.

Химическая ценность

Учитывая, что формула пирита подразумевает наличие в минерале примесей, из руды можно извлекать в небольших количествах никель, кобальт, серебро, медь, золото.

В химическом производстве пирит применяют для очистки от хлора газообразных веществ. Кроме того, пирит обладает способностью осаждения из растворов золота, что применяется при добыче из морской воды драгоценного металла.

Какими характеристиками обладает формула пирита? У данного соединения ярко выражен металлический блеск. Его твердость оценивается в 6-6,5. Данный минерал практически не растворяется в азотной кислоте, не взаимодействует с соляной кислотой. Электрическая проводимость у данного соединения практически отсутствует, поэтому его называют парамагнитным минералом. В качестве спутников пирита выступает пирротин, арсенопирит, теллуриды золота.

Особенности колчеданов

Колчеданами называют минералы, которые являются селенистыми, мышьяковистыми, сурьмянистыми, селенистыми соединениями металлов железной группы. Среди представителей данной группы отметим: никель, кобальт, платину, железо. Они обладают характерным металлическим блеском, окрашены в желтый, серый, красный цвет. Все колчеданы имеют отличную твердость, но считаются хрупкими минералами.

К ним относят системы гексагонального и ромбического строения:

правильные системы, представлены пирит, кобальтовый блеск, шпейсовый кобальт, ульманнит, хлоантит;
к ромбическим вариантам относится мышьяковистый колчедан, марказит;
миллерит, никелин, магнитный колчедан имеют гексагональную систему;
квадратная форма у медного колчедана.

Физические особенности

Залегает минерал в форме друз или зернистых сплошных масс. Друзы представляют собой агрегат кристаллов, которые наросли на общем основании. Они обнаружены на стенках открытых трещин.

Секрециями называют форму отложения минералов внутри горных пород. Рост минералов при этом наблюдается к центру от краев. Жеоды представляют собой секреции, которые имеют в диаметре размер порядка двух сантиметров.

Пирит характеризуется кристаллами октаэдрической, кубической, а также пентагондодекаэдрической формы. Плотность минерала составляет 5 г/см3. В чистом соединении, лишенном примесей, содержится 46,7 процентов железа и 53,3 серы. Латунно-желтый цвет, характерный для пирита, металлический блеск, визуально превращает пирит в золото. В условиях повышенной влажности пирит разлагается, образуя оксиды железа, серную кислоту, сульфаты. Горит он на воздухе голубоватым пламенем, при этом ощущается характерный серный запах.

Применение

Пиритовые руды в промышленности считают важнейшим видом сырья, применяемого при производстве серной кислоты. В руде, выбираемой для сернокислотной химической промышленности, процентная концентрация серы оценивается в диапазоне 40-50 процентов. Обработку исходной руды осуществляют в специальной печи для обжига. Получаемый при окислении печной газ (оксид серы 4) очищается в электрофильтре, сушильной баше, циклоне.

После удаления примесей, в контактном аппарате он превращается в оксид серы (6), и гидратируется в серную кислоту в поглотительной башне. Среди тех примесей, которые оказывают негативное воздействие на технологический процесс изготовления серной кислоты, отметим мышьяк. Современное производство на основе пирита предполагает предварительный вывод данного элемента из реакционной смеси.

Руды, в которых содержится кобальтистый пирит, являются источником для получения кобальта. Среднее процентное содержание данного элемента в минерале составляет один процент. Пирит, добываемый в Березовском месторождении, используется для изготовления разнообразных ювелирных изделий.

Заключение

У пирита геотермальное, магматическое, метаморфическое, осадочное происхождение. Отличие серого колчедана осадочных пород заключается в способности окисления на воздухе, превращении в сернокислое железо. В серном колчедане содержатся примеси мышьяка. Медный колчедан в процессе термического обжига образует в виде примеси чистую медь. Псевдоморфозы-минералы, которые образуют нехарактерные им формы соединений. Например, при попадании пирита в область окисления, происходит его разрушение, образование гидроксида железа (3), который заполняет форму пирита, оставшуюся от процесса выщелачивания.

Пирит признан самым распространенным видом сульфидов, так как он способен образовываться в разных средах. В вулканических породах он формируется в виде вторичного минерала. Сульфид железа обладает огромным техническим значением, поэтому именно пирит признан главным минералом, добываемым для производства сернистого газа в печи для обжига. Именно печной газ используется далее для производства серной кислоты, востребованной в современной химической промышленности.

В переводе с греческого «pyrites lithos» означает — «высекающий огонь». Камень пирит получил такое имя за огненный цвет и искры, которые возникают при его ударе. Еще два века назад пирит выполнял функцию спичек – с его помощью, как и кресалом, зажигали огонь.

Известен минерал давно: В Америке задолго до прихода Колумба железный колчедан (иное название пирита) принимали за драгоценный металл – за кристаллами пирита, похожими блеском на золото, охотились золотодобытчики и отнимали его у местных жителей. Отсюда и пошло такое название – «золото глупцов» или «золото дураков «.

В Древнем Египте его использовали вместо зеркала, а жители Индии вешали на шею камушки пирита, веря, что те защитят их от нападения крокодилов.

Знать средневековой Европы использовала камень пирит в качестве материала для изготовления украшений. Пряжки для обуви и браслеты, корпусы для часов и другие предметы делали из пирита – минерал выглядел привлекательно, однако быстро терял свой блеск под воздействием влаги. Окисление пирита превращало камень в невзрачный лимонит грязно-бурого цвета.

Во времена Наполеона женщинам, пожертвовавшим свои драгоценные украшения на военные нужды, взамен давали камушек пирита. Дамы носили украшения с камушком, похожим на золото, напоказ, гордясь своей щедростью и патриотизмом.

С точки зрения науки

Рассматривая пирит с точки зрения химии, по своему составу минерал представляет собой сульфид железа (химическая формула пирита — FeS2). Пирит хрупкий, его твердость по шкале Мооса 6-6,5.
В природе железный (серный) колчедан, которым является пирит, имеет светлый золотисто-желтый цвет, встречается в кубической форме, часто – с идеально гладкими, практически зеркальными гранями. Под воздействием кислорода он легко окисляется. Найти пирит можно в различных геологических породах.

Встретить серный колчедан можно повсеместно, однако образцы высокого качества находятся нечасто. Большие месторождения есть в Европе (Испании, Австрии, Германии — в Баварии, Польше, Франции и других странах), Америке и в России, на Урале. Красивые кристаллы, использующиеся в ювелирном деле, добывают в основном в Италии.

Железный колчедан имеет уникальное свойство — замещать живые ткани. Пиритовые аммониты часто находят в иловых отложениях. Пирит замещает кальций в раковинах моллюсков, в результате получаются удивительные вещи — раковины блестят, словно покрытые золотом.
Разновидности пирита

У марказита и бравоита – двух разновидностей пирита — формула одинаковая. Бравоит имеет сильный металлический блеск, желтый цвет, содержит до 20% никеля.

Марказит, который иначе называют капельным серебром, используется в ювелирном деле – украшения с ним выглядят привлекательно. Марказит применяют в качестве вставок в изделия из серебра, красиво смотрятся марказитовые вставки в сочетании с поделочными камнями – малахитом, бирюзой.

Применение минерала

Хрупкость и способность камня быстро окисляться несмотря на внешнюю привлекательность не дает возможности использовать его широко в ювелирной промышленности.

Пирит – камень, который добывают ради тех примесей, которые в нем содержатся:

золото;
медь;
уран;
кобальт;
селен;
никель.

Видео на тему загадочных свойств пирита.

С древних времен свойства пирита использовали для извлечения огня, позднее пиритовая руда стала использоваться как сырье для получения серной кислоты, железного купороса. После обжига пиритовой руды огарки используются как источник железа. Известно применение пирита в технологии приготовления некоторых видов бетона, цемента, мастик.

Кроме того, железный колчедан обладает свойством выделять золото в виде осадка из растворов.

Магия пирита

Похожий на золото цветом и блеском пирит магическими свойствами наделяли еще в древности. Считается, что минералу покровительствуют Марс и Нептун. В Древней Греции считали пирит символом бога войны Ареса, поэтому воины носили его при себе в качестве амулета, который должен был придать им отвагу и силу, уберечь от гибели в бою.

Считается, что нельзя держать камень при себе больше трех дней, в противном случае все магические свойства пирита не просто теряют силу – они начинают негативно влиять на обладателя, вызывая у него раздражительность, отрицательные эмоции.

Астрологи приписывают пириту свойства положительно влиять на Стрельцов и Скорпионов и, наоборот, не рекомендуют камень Ракам, на которых он может быть опасным и вредным. Рекомендуется носить при себе камушек людям, которые подвергаются на работе опасности, испытывают постоянное нервное напряжение. Другим же иметь пирит в качестве амулета не стоит.

Магия камня заключается в способности возвращать владельцу жизненную энергию, избавить его от страха. Человек, имеющий талисман с пиритом, становится увереннее в себе, целеустремленнее. Поэтому его рекомендуют носить тем, кому необходимо усилить лидерские качества. Однако только человеку с чистыми помыслами камень способен помочь. Дурные мысли минерал не терпит, он будет вредить человеку, имеющему неправедные намерения.

Пирит считают мужским талисманом, потому что он придает человеку характерные мужские черты:

смелость;
решительность;
уверенность в себе;
стремление достичь цели.

Однако с силой, которую дарует минерал, обращаться нужно аккуратно. Недобрые помыслы камень «вычислит» и обернет против владельца. Зато он полезен тем, кто в сложных жизненных ситуациях готов сложить руки, не борясь. Он поможет тем, кто боится принимать самостоятельные решения.

Полезен камень и для женщин. Тем, кто хочет возродить угасшие чувства, пирит поможет вернуть страсть в супружеские отношения. Камушек делает женщину привлекательной в глазах мужчины, однако не рекомендуется носить украшения с пиритом в сочетании с другими камнями. Исключение минерал делает только для гематита и змеевика.

Целебные свойства минерала

Литотерапевты ищут в каждом камушке особые свойства, которые помогут врачевать болезни. В старые времена считалось, что пирит обостряет зрение, помогает при лечении различного вида опухолей.

Младенцам камушек пирита вешали на шею, чтобы сон ребенка был спокойным. Еще в древности его привязывали к ноге роженицы, чтобы облегчить роды.

Его использовали при лечении лишая и проказы, для снятия болезненных ощущений в суставах, в качестве кровоостанавливающего средства.

Считается, что пирит:

улучшает сон;
успокаивает нервную систему;
избавляет от стресса, депрессий, фобий;
улучшает работоспособность.

Пирит защитит хозяина от инфекционных и простудных заболеваний, он способен снизить жар, избавить от озноба, не позволит проявиться осложнениям после гриппа. Если носить камушек на груди, он стимулирует работу дыхательной системы человека, сердца, ускоряет кровообращение и способствует насыщению тканей кислородом. Улучшается вентиляция легких, прочищаются бронхи, и человек избавляется от астмы.

Верить или не верить в магические свойства пирита – дело каждого. Гораздо важнее его применение в качестве сырья в промышленности.

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Текущие хвосты обогатительных фабрик представляют собой тонкодисперсную минеральную массу, состоящую примерно на три четверти из рудных минералов, остальное приходится на долю нерудных минералов. . В рудных минералах преобладает сульфидная фракция состава: пирит – 95 – 98%; халькопирит – около 1,5%; сфалерит – 2-2,5%. Все рудные и нерудные минералы технологической группы текущих хвостов находятся в первичном виде, без признаков окисления их поверхности. Утилизация хвостов обогащения имеет несколько направлений. Наиболее значимое направление предусматривает доизвлечение из хвостов наиболее ценных компонентов, однако многотоннажные отходы остаются неиспользованными. Наиболее материалоемкой областью применения хвостов могут быть твердеющие закладочные смеси, которые по своей структуре будут относится к . Свойства таких бетонов недостаточно изучены в области влияния рудной составляющей на свойства бетона.

Так как пирит является основным составляющим хвостов обогащения медно-серных руд, его дальнейшее поведение будет влиять на свойства на основе хвостов обогащения.

Из литературных и справочных источников известны и общепризнаны схемы химических реакций окисления пирита.

Окисление пирита в кислой среде протекает по суммарной реакции (1) :

Изменение массы и объема твердой фазы при взаимодействии с водой при стехиометрическом соотношении различных соединений, входящих в состав вяжущих веществ, можно рассчитать по методике А.В. Волженского .

Абсолютные объемы веществ, участвующих в реакциях, рассчитывали с использованием молекулярных масс и плотности исходных веществ системы.

Основные расчеты представлены в табл. 1. Они показывают, что абсолютный объем твердой фазы образующихся веществ увеличивается по отношению к абсолютному объему твердой фазы исходных реагентов. Это происходит из-за уменьшения плотности образующихся фаз в результате присоединения гидратной воды или окисления.

Вместе с тем сравнение абсолютных объемов исходной системы и системы, возникшей при взаимодействии с химическими растворами, позволяет отметить еще очень важное положение. При реакции абсолютный суммарный объем смеси исходных веществ меньше абсолютного суммарного объем образовавшихся веществ. Следовательно, в результате реакций с присоединением воды и окислением не происходит контракция (стяжение) системы.

Расчеты показывают, что процессы окисления пирита сопровождаются значительным увеличением абсолютных объемов твердых фаз. Несомненно, такое явление приводит первоначально к заполнению пор в системе. Затем к увеличению напряжений расширения в твердеющей системе и последующему ее разрушению.

Протекание процессов окисления пирита зависит от вида и условий воздействий реагентов. Поведение пирита при воздействии различных окислителей показано в табл. 2. Результаты показывают, что кипячение в воде приводит к растворению материала в количестве 1% и такое же количество материала фиксируется в сухом остатке после выпаривания раствора, а их сумма практически составляет 100%. Следовательно, в кипящей воде при отсутствии кислорода окисление пирита не происходит.

Кипячение в растворе кислоты и щелочи приводит к значительному окислению пирита. Масса исходной пробы, обработанной раствором серной кислоты, уменьшается на 10%, а сухой остаток фильтрата достигает 46% от массы исходной пробы. Кипячение в растворе щелочи не уменьшает массу исходной пробы, а сухой остаток фильтрата достигает 50%. При этом суммарные массы осадка на фильтре (исходная проба после кипячения) и сухого остатка фильтрата значительно превосходят исходную массу, на 36% при воздействии кислотой и на 51% при воздействии щелочью.

Это свидетельствует о протекании значительных окислительных процессах при действии кислот и щелочей в жидкой фазе на продукты растворения пирита. Это подтверждают расчетные данные о пятикратном увеличении объема твердой фазы при окислении пирита щелочью (см. табл.1).

Вышеизложенное свидетельствует об ограниченных областях применения пиритных хвостов обогащения, а именно, областях исключающих окисление пирита. Одновременное присутствие кислорода и воды может привести к изменениям пирита по схеме рассмотренной выше и, следовательно, к разрушению структуры материала.

Поэтому при проектировании составов микробетонов необходимо учитывать увеличение объемов образовавшихся веществ за счет регулирования объема внутренних пор или создавать условия эксплуатации, исключающие возможность окисления пирита. Такие условия обеспечивают горные выработки, заполненные закладочной смесью. Они являются наиболее рациональной и емкой областью утилизации хвостов обогащения.

Библиографический список

Lowson R. Aqueous oxidation of pyrite by molecular oxygen. - Chem. rev.-1982.- V. 82 — № 5.- P. 461-497.
О влиянии некоторых факторов на сорбцию бутилксантогената калия сульфидными минералами / Б.М. Корюкин, В.П. Качалков, В.А. Яценко, М.В. Аксеньюшкина // Создание прогрессивных технологий переработки медных и медно-цинковых руд: Сб. науч. тр. — Свердловск: изд. «Унипромедь», 1987. – С. 97-104.
Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов / Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. – М.: Колос, 2003. – 480 с.
Волженский А.В. Вяжущие вещества.– М.: Высшая школа, 1986.- 464 с.

Смотрите также:

В работе приведены результаты термического анализа образцов монофракций скородита (FeAsO4) и пирита (FeS2), а также их смеси в соотношении 3:1. Установлено, что термическое разложение скородита происходит в три стадии, определены температурные диапазоны и тепловые эффекты данных реакций. Результаты термического разложения пирита показали, что пирит разлагается в две стадии до пирротина и незначительного количества магнетита. Экспериментально доказано, что смесь скородита и пирита разлагается в две основные стадии, по данным рентгенофазового анализа конечными продуктами разложения являются пирротин и магнетит. На основании полученных результатов данного исследования будут выработаны рекомендации по оптимизации процесса обжига золотосодержащей скородитовой руды с пиритным концентратом в атмосфере перегретого водяного пара.

термический анализ

скородит

перегретый пар

1. Маркосян С.М., Маркосян С.М., Анциферова С.А., Тимошенко Л.И. Метод дифференциально-термического анализа в оценке эффективности обогащения сульфидных руд // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 3. URL: http://science-education.ru/ru/article/view id=13389.

2. Paleev P.L., Gulyashinov P.A., Gulyashinov A.N. Thermodynamic Modeling of Dearsenation of Rebellious Gold–Quartz–Arsenic Ore in Water Vapor // Journal of Mining Science. – 2016. – Vol. 52. – № 2. – P. 373–377.

3. Гуляшинов П.А., Палеев П.Л., Гуляшинов А.Н. Исследование процесса обжига золотосодержащей скородитовой руды // Вестник ИрГТУ. – 2016. – Т. 20, № 10. – С. 154–162.

4. Гзогян С.Р., Чантурия Е.Л. Влияние термических воздействий на сульфиды и оксиды железа // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2010. – № 5. – С. 63–69.

5. Чепуштанова Т.А. Физико-химические свойства и технологические основы получения пирротинов из пирита: дис. … канд. техн. наук. – Алма-Аты, 2009. – 143 с.

В настоящее время богатые и легкообогатимые месторождения руд благородных и цветных металлов практически отработаны, основой современной минерально-сырьевой базы Российской Федерации преимущественно составляют труднообогатимые бедные, тонковкрапленные и труднообогатимые руды. К таким рудам относятся золотомышьяковистые руды, это связано с тесной ассоциацией золота с мышьяксодержащими минералами. Такое золото называется невидимым, так как не поддается обнаружению оптическими методами. Упорные руды для достижения приемлемого уровня извлечения золота при их последующем цианировании требуют предварительной переработки. Все методы предварительной обработки сводятся к разрушению минеральной матрицы с целью высвобождения золота.

Термический анализ (калориметрия) - метод исследования физико-химических процессов, основанный на регистрации тепловых эффектов, сопровождающих превращения веществ в условиях программирования температуры. Данный метод широко применяют не только в аналитической химии, но и в геологии для идентификации различных минералов и горных пород. Также следует отметить, что термический анализ удобен при лабораторных исследованиях, не требует большого объема исходного материала и его возможно применять как экспресс-метод исследования минерального сырья. Особенно полезным данный метод может оказаться для упорного золотосодержащего сырья (в том числе сульфидного), из-за большой трудоемкости и сложности пробирного анализа .

Для подтверждения ранее полученных результатов термодинамического моделирования и расчета кинетических параметров обжига скородита были проведены исследования по термическому разложению скородита и пирита (монофракции), а также смеси скородита и пирита в соотношении 3:1 .

Материалы и методы исследования

Объектами исследования являлись: золотосодержащая окисленная скородитовая руда месторождения Козловское (Калганский район, Забайкальский край). По данным минералогического анализа руда содержит: кварц - 54 %, скородит - 35 %, полевые шпаты и алюмосиликатные породы - 11 %. В исследуемой пробе руды ценными компонентами являются золото (16,9 г/т) и серебро (52,5 г/т). А также некондиционный пиритный концентрат бывшего вольфрамо-молибденового комбината (г. Закаменск, Республика Бурятия). По данным химического анализа пиритный концентрат содержит, %: Sобщ - 38,3, Fe - 35,8, SiO2 - 24,2, Pb - 0,81, Zn - 0,78. Пиритный концентрат возможно использовать в качестве сульфидизатора при обжиге в атмосфере перегретого водяного пара .

Термический анализ проводили методом дифференциальной термогравиметрии (ДТГ) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) с использованием прибора синхронного термического анализа Netzsch STA 449 F1 Jupiter.

Термограммы снимали в платиновых тиглях при следующих условиях: атмосфера - аргон, температурный интервал 20-1000 °С, режим нагрева - линейный, скорость нагрева образцов 10 °С/мин, масса навесок 15-20 мг. В процессе нагрева фиксировались изменения массы исследуемого образца минерала (кривая ТГ), скорость изменения массы (кривая ДСК), температура (T), а также тепловые эффекты реакций (Дж/г).

Результаты исследования и их обсуждение

Данные анализа, представленные на рис. 1, свидетельствуют о том, что разложение скородита происходит в 3 этапа. На кривых ДСК и ТГ видно, что в диапазоне температур 162-215 °С происходит потеря массы (до 5,35 %), с поглощением значительного количества теплоты (-205,3 Дж/г). Что объясняет потерю воды из скородита:

FeAsO 4 . 2H2O → FeAsO 4 + 2H 2 O . (1)

При температуре 466-488 °С со значительной потерей массы (19,25 %) протекает процесс разложения безводного скородита по формуле

2FeAsO 4 → Fe 2 O3 + As 2 O5. (2)

При нагревании образца выше 550 °С наблюдается экзотермичный пик (7,15 Дж/г), который указывает на разложение As 2 O5:

As 2 O5 → As 2 O3 + О2 . (3)

По данным РФА конечным продуктом разложения скородита является магнетит (Fe3O4).

Термическое разложение пирита хорошо описано рядом авторов . Термограмма, представленная на рис. 2, получена на образце монофракции пирита, показывает, что разложение пирита происходит также в 3 этапа. В диапазоне температур 491-549 °С происходит термическая диссоциация пирита с образованием элементарной серы при незначительной потере массы с эндотермическим эффектом (-41,89 Дж/г):

2FeS 2 → 2FeS + S 2 . (4)

При дальнейшем повышении температуры наблюдается значительный эндотермический пик с наибольшей потерей массы (16,19 %), объясняется это дальнейшим разложением пирита по суммарной реакции:

4FeS 2 + 11О 2 → 2Fe 2 O3 + 8SO 2 . (5)

Рис. 1. Термограмма разложения скородита

Рис. 2. Термограмма разложения пирита

Рис. 3. Термограмма разложения смеси скородита и пирита

Рис. 4. Схема лабораторной установки для обжига в атмосфере перегретого водяного пара: 1 - нагреватель; 2 - сосуд с дистиллированной водой; 3 - реактор; 4 - печь; 5 - лодочка с рудой; 6 - контрольный раствор; 7 - емкость охлаждения контрольного раствора

Ввиду недостатка кислорода вероятно протекание следующей реакции:

3FeS 2 + 8О 2 → Fe 3 O 4 + 6SO 2 . (6)

Конечным продуктом разложения пирита является пирротин (FeS), а также незначительное количество магнетита (Fe 3 O 4).

Наибольший интерес вызывает термограмма разложения смеси скородита и пирита 3:1 (рис. 3), в данной пропорции смесь будет поступать на сульфидизирующий обжиг. При достижении интервала температур 153-197 °С происходит некоторая потеря массы (2,74 %), с поглощением значительного количества теплоты. Полученный эндотермический пик указывает на потерю воды скородитом.

На кривых ТГ и ДСК показано, что максимальная потеря массы (суммарно до 13,4 %) происходит при температуре 450-590 °С, также имеется максимальный эндотермический пик (-129,5 Дж/г), наиболее вероятно, что в этом интервале температур происходит разложение скородита и пирита, а также сульфидирование выделившегося оксида мышьяка элементарной серой. Конечными продуктами реакций являются магнетит (Fe3O4) и пирротин (FeS). Весь мышьяк выделяется в газовую фазу.

Для подтверждения результатов термического анализа были проведены экспериментальные лабораторные исследования для определения конечных продуктов обжига в атмосфере перегретого водяного скородитовой руды и пиритного концентрата на лабораторной установке «проточного» типа (рис. 4).

Данная лабораторная установка состоит из четырех основных узлов - электропечи, нагревателя, реактора и сосуда с поглотителем газов. Температура в реакторе измеряется термопарами типа ХА и регулируется микропроцессорным электронным терморегулятором МПРТ-22, который был установлен для автоматизации процесса обжига. При достижении требуемой температуры обжига в реактор подавали перегретый водяной пар, затем загружали алундовую лодочку с навеской скородитовой руды и пиритного концентрата массой от 2 до 3 г. Началом процесса обжига считали момент ввода навески шихты. Температура обжига 700 °С, продолжительность обжига 25 минут. Полученные огарки подвергались рентгенофазовому анализу.

На рис. 5 представлена рентгенограмма полученных огарков, установлено, что после обжига конечными железосодержащими фазами являются магнетит (Fe 3 O 4) и пирротин (FeS).

Таким образом, на основании проведенных исследований установлены температурные диапазоны при разложения исследуемых минералов, а также преобладание эндотермических эффектов. Экспериментально подтверждено, что при обжиге смеси скородитовой руды и пиритного концентрата в соотношении 3:1 (температура обжига 700 °С, продолжительность обжига 25 минут), в атмосфере перегретого водяного пара конечными продуктами являются магнетит (Fe 3 O 4) и пирротин (FeS).

Рис. 5. Рентгенограмма огарка

Выполнены исследования по термическому разложению монофракций скородита и пирита в атмосфере аргона. Определены температурные диапазоны и тепловые эффекты при разложении монофракций скородита, пирита и их смеси в соотношении 3:1. Показано преобладание эндотермических эффектов при разложении исследуемых минералов в инертной атмосфере. Результаты данного исследования помогут оптимизировать процесс обжига золотосодержащей скородитовой руды с пиритным концентратом в атмосфере перегретого водяного пара.

Библиографическая ссылка

Гуляшинов П.А., Палеев П.Л., Гуляшинов А.Н. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ СКОРОДИТА И ПИРИТА // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 12-1. – С. 22-27;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=11956 (дата обращения: 19.09.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»