Укрупнение низкоразмерных благородных металлов из углеродистых материалов с применением микроволновой обработки

Разработка новых эффективных технологических решений в области переработки благороднометалльных руд является актуальной задачей ввиду снижения качества руд и вовлечения в переработку месторождений упорных руд и руд двойной упорности, извлечение благородных металлов из которых зачастую неэффективно. Перспективным направлением для повышения извлечения ценных компонентов является применение физико-энергетических методов воздействия на сырье, таких как микроволновая обработка, обладающих таким преимуществом, как возможность избирательного нагрева. Объектом исследования являлась сульфидная углеродистая золотосодержащая руда. На примере полученных углеродистых флотационных концентратов обоснована возможность укрупнения низкоразмерных структур благородных металлов с применением микроволнового воздействия и добавлением магнетита для создания активных центров локального нагрева. Показано укрупнение частиц благородных металлов до размеров 40–60 мкм, что делает возможным их дальнейшее извлечение. Исследование влияния микроволновой обработки на пустую породу в составе флотационного концентрата, на примере кварца и кальцита, позволило установить увеличение свободной поверхностной энергии образцов. Определено влияние микроволнового нагрева на частицы пирита, показан переход сульфидов железа в оксиды железа за счет их десульфиризации. При этом частицы сульфидных минералов железа в течение обработки также могут стать активными центрами локального нагрева и дополнительно способствовать укрупнению частиц благородных металлов.

Афанасова А. В., Абурова В. А. Укрупнение низкоразмерных благородных металлов из углеродистых материалов с применением микроволновой обработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 1. – С. 20–35. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_1_0_20.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-47-00109).

Афанасова Анастасия Валерьевна¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Afanasova_av@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-8451-2489,
Абурова Валерия Александровна¹ — аспирант, e-mail: lera.aburova@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-1364-5006,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Афанасова А.В., e-mail: Afanasova_av@pers.spmi.ru.

1. Litvinenko V. S., Sergeev I. B. Innovations as a factor in the development of the natural resources sector // Studies on Russian Economic Development. 2019, vol. 30, no. 6, pp. 637— 645. DOI: 10.1134/S107570071906011X.

2. Petrov G. V., Fokina S. B., Boduen A. Y., Zotova I. E., Fidarov B. F. Arsenic behavior in the autoclave-hydrometallurgical processing of refractory sulfide gold-platinum-bearing products // International Journal of Engineering and Technology (UAE). 2018, vol. 7, no. 2, pp. 35—39. DOI: 10.14419/ijet.v7i2.2.9897.

3. Федотов П. К., Сенченко А. Е., Федотов К. В., Бурдонов А. Е. Исследования обогатимости сульфидных и окисленных руд золоторудных месторождений Алданского щита // Записки Горного института. — 2020. — Т. 242. — С. 218—227. DOI: 10.31897/PMI.2020. 2.218.

4. Александрова Т. Н., О’Коннор C. Переработка платинометалльных руд в России и Южной Африке: состояние и перспективы // Записки Горного института. — 2020. — Т. 244. — С. 462—473. DOI: 10.31897/pmi.2020.4.9.

5. Ефимов Д. А., Господариков А. П. Технико-технологические аспекты использования валков с профилем в форме треугольника Рело в дробящих агрегатах на рудоподготовительном переделе // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 10-2. — С. 117—126. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_102_0_117.

6. Aleksandrova T., Nikolaeva N., Lieberwirth H., Aleksandrov A. Selective desintegration and concentration: Theory and practice // E3S Web of Conferences. 2018, vol. 56, article 03001. DOI: 10.1051/e3sconf/20185603029.

7. Ромашев А. О., Николаева Н. В., Гатиатуллин Б. Л. Формирование адаптивного подхода с применением технологии машинного зрения для определения параметров осаждения продуктов обогащения // Записки Горного института. — 2022. — Т. 256. — С. 677— 685. DOI: 10.31897/PMI.2022.77.

8. Islamov S., Grigoriev A., Beloglazov I., Savchenkov S., Gudmestad O. T. Research risk factors in monitoring well drilling — A case study using machine learning methods // Symmetry. 2021, vol. 13, no. 7, article 1293. DOI: 10.3390/sym13071293.

9. Яковлева Т. А., Ромашев А. О., Машевский Г. Н. Оптимизация дозирования флотационных реагентов при флотации руд цветных металлов с применением цифровых технологий // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-2. — С. 175—188. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_175.

10. Юшина Т. И., Малышев О. А., Щелкунов С. А. Флотация золотосодержащих руд цветных металлов с применением реагентов на основе ацетиленовых спиртов // Цветные металлы. — 2017. — № 2. — С. 13—19. DOI: 10.17580/tsm.2017.02.01.

11. Owusu C., Agorhom E. A., Fosu S., Budu-Arthur E. Adsorption studies of sulphidic refractory gold ore // Powder Technology. 2020, vol. 375, pp. 310—316. DOI: 10.1016/j.powtec. 2020.07.063.

12. Aleksandrova T. N., Kuznetsov V. V. A new approach to determining aeration intensity in flotation // Journal of Mining Science. 2022, vol. 58, no. 5, pp. 812—822.

13. Zhou C., Zhao Y., Liu C., Li Y., Gao Z., Fan X., Aleksandrova T., Duan C. Fluidization expansion of novel generation dense medium and flow regime transition in gas-solid separation fluidized bed // Fundamental Research. 2023. DOI: 10.1016/j.fmre.2023.02.008.

14. Афанасова А. В., Абурова В. А., Прохорова Е. О., Лушина Е. А. Исследование влияния депрессоров на флотоактивные породообразующие минералы при флотации сульфидных золотосодержащих руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-2. — С. 161—174. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_161.

15. Иваник С. А., Илюхин Д. А. Флотационное выделение элементарной серы из золотосодержащих кеков // Записки Горного института. — 2020. — Т. 242. — С. 202—208. DOI: 10.31897/PMI.2020.2.202.

16. Александрова Т. Н., Кузнецов В. В., Иванов Е. А. Исследование влияния ионов жесткости воды на флотируемость медно-никелевых руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-1. — С. 263—278. DOI: 10.25018/0236_1493_20 22_61_0_263.

17. Захаров Б. А., Меретуков М. А. Золото: упорные руды. — М.: ИД «Руда и Металлы», 2013. — 452 с.

18. Chanturiya V. A., Bunin I. Z. Advances in pulsed power mineral processing technologies // Minerals. 2022, vol. 12, no. 9, p. 1177. DOI: 10.3390/min12091177.

19. Karami E., Kuhar L., Bona A., Nikoloski A. N. A review of electrokinetic, ultrasonic and solution pulsing methods for mass transfer enhancement in in-situ processing // Minerals Engineering. 2021, vol. 170, article 107029. DOI: 10.1016/j.mineng.2021.107029.

20. Еремина О. В., Бричкин В. Н. Термическая активация слоистых силикатов с применением микроволнового излучения / Нанофизика и Наноматериалы. Сборник научных трудов Международного семинара. — 2020. — С. 133—139.

21. Gholami H., Rezai B., Mehdilo A., Hassanzadeh A., Yarahmadi M. Effect of microwave system location on floatability of chalcopyrite and pyrite in a copper ore processing circuit // Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2020, vol. 56, no. 3, pp. 432—448. DOI: 10.37190/PPMP/118799.

22. Li H., Long H., Zhang L., Yin S., Li S., Zhu F., Xie H. Effectiveness of microwaveassisted thermal treatment in the extraction of gold in cyanide tailings // Journal of Hazardous Materials. 2020, vol. 384, article 121456. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.121456.

23. Charikinya E., Bradshaw S. M. An experimental study of the effect of microwave treatment on long term bioleaching of coarse, massive zinc sulphide ore particles // Hydrometallurgy. 2017, vol. 173, pp. 106—114. DOI: 10.1016/j.hydromet.2017.08.001.

24. Мельников Н. В., Ржевский В. В., Протодьяконов М. М. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. — М.: Недра, 1975. — 279 с.

25. 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.

26. On H., Kim H., Myung E., Lim D., Park C. Thermal decomposition of arsenopyrite by microwave heating and the effect of removal arsenic with wet-magnetic separation // Journal of the Mineralogical Society of Korea. 2017, vol. 30, no. 3, pp. 103—112. DOI: 10.9727/ jmsk.2017.30.3.103.

27. Hayashi M., Takeda K., Kashimura K., Watanabe T., Nagata K. Carbothermic reduction of hematite powders by microwave heating // ISIJ International. 2013, vol. 53, no. 7, pp. 1125— 1130. DOI: 10.2355/isijinternational.53.1125.

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

29. Kingman S. W., Rowson N. A. Microwave treatment of minerals-a review // Minerals Engineering. 1998, vol. 11, no. 11, pp. 1081—1087. DOI: 10.1016/S0892-6875(98)00094-6.

30. Кабанов А. А. Влияние воды на термическую устойчивость CaCO3 // Журнал физической химии. — 2001. — Т. 75. — № 4. — С. 746—748.

31. Головенько Ж. В., Гафнер С. Л., Гафнер Ю. Я. Компьютерный анализ структурных свойств нанокластеров золота // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. — 2010. — Т. 7. — № 2. — С. 11—16.

32. Головенько Ж. В., Гафнер С. Л., Гафнер Ю. Я. Исследование структурных состояний нанокластеров золота методом молекулярной динамики // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. — 2008. — Т. 8. — № 2. — С. 83—86.

33. Aleksandrova T. N., Nikolaeva N. V., Afanasova A. V., Romashev A. O., Aburova V. A., Prokhorova E. O. Extraction of low-dimensional structures of noble and rare metals from carbonaceous ores using low-temperature and energy impacts at succeeding stages of raw material transformation // Minerals. 2023, vol. 13, no. 1. DOI: 10.3390/min13010084.

34. Aleksandrova T. N., Afanasova A. V., Aleksandrov A. V. Microwave treatment to reduce refractoriness of carbonic concentrates // Journal of Mining Science. 2020, vol. 56, no. 1, pp. 136—141. DOI: 10.1134/S1062739120016576.

35. Lambert Jr. J. M., Simkovich G., Walker Jr. P. L. Kinetics and mechanism of the pyritetopyrrhotite transformation // Metallurgical and Materials Transactions B: Process Metallurgy and Materials Processing Science. 1998, vol. 29, no. 2, pp. 385—396. DOI: 10.1007/s11663-998-0115-x.

36. Шаповалов Н. А., Бушуева Н. П., Панова О. А. Устойчивость пирита при обжиге карбонатно-кремнеземистой смеси // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. — 2015. — № 2. — С. 162—164.

37. Александрова Т. Н., Афанасова А. В., Абурова В. А. Патент РФ № 2799219C1, 04.07.2023. Способ извлечения низкоразмерных структур благородных металлов из углеродистого сырья, бюл. № 19.