СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ Российский патент 1999 года по МПК B03B7/00 B02C19/18 

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности к выщелачиванию благородных металлов из упорных руд или продуктов их обогащения.

Известен способ извлечения благородных металлов из руды, включающий измельчение и выщелачивание [1].

Недостатком этого способа является низкое извлечение золота и серебра при больших энергозатратах на измельчение.

Известен способ переработки золотосодержащего сырья, включающий операции гравитационного разделения, флотацию и выщелачивание [2].

Недостатком этого способа является также невысокое извлечение благородных металлов при сложной технологической схеме и больших затратах [3].

Наиболее близким к предложенному является способ переработки материалов, содержащих благородные металлы, включающий рудоподготовку и выщелачивание [4].

Недостатком способа является низкое извлечение благородных металлов при ограничениях, зависящих от вещественного состава руды.

Задачей изобретения является повышение извлечения благородных металлов. Технический результат - повышение эффективности вскрытия упорного материала, содержащего благородные металлы, за счет создания каналов и микротрещин, обеспечивающих доступ выщелачивающего раствора к частицам благородных металлов.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки материалов, содержащих благородные металлы, включающем рудоподготовку и выщелачивание, перед выщелачиванием на материал воздействуют электромагнитным импульсом с амплитудой напряженности электрической компоненты поля большей электрической прочности материала и длительностью фронта импульса, меньшей времени формирования искрового разряда в воздушном зазоре, равном толщине обрабатываемого слоя материала.

Воздействие может быть осуществлено серией импульсов.

Воздействие на материал, состоящий из природных полупроводников, диэлектриков и частиц золота и серебра, осуществляют электромагнитным импульсом, который может представлять собой как радиоимпульс с частотой заполнения в микроволновом или высокочастотном диапазоне, так и видеоимпульс.

Рассмотрим возможные физические процессы при воздействии на описанную выше среду электромагнитного импульса с высокой амплитудой напряженности электрической компоненты поля. При амплитуде напряженности электрической компоненты поля, превышающей критическую величину, называемую электрической прочностью материала, в нем развивается электрический пробой, сопровождающийся возникновением электрического тока в узком канале (токовой нити). Процесс образования нити называется шнурованием тока и обусловлен сильной нелинейностью вольтамперной характеристики среды в условиях электрического пробоя. Поскольку среда, подвергаемая воздействию, неоднородна, возможна ситуация, когда основной ток разряда пойдет по имеющимся в материале воздушным зазорам, минуя микронеоднородности и не затрагивая их внутренний объем. Избежать этого можно, используя воздействие электромагнитного импульса с коротким фронтом и длительностью, при которых искровой разряд в воздушном зазоре, равном толщине обрабатываемого слоя материала не успевает сформироваться. При этом амплитуда электрической компоненты поля должна превосходить электрическую прочность вещества материала. При таком воздействии пробой по воздушным зазорам не успеет развиться из-за значительного времени, необходимого для ионизации газа вдоль узкого сильно искривленного пути, и основным каналом протекания тока станет менее инерционный пробой между микронеоднородностями вещества материала. Соответствующие значения величин электрической прочности вещества материала и длительности фронта импульса для конкретного устройства могут быть определены экспериментально.

При протекании тока по токовому шнуру происходит выделение энергии. В начальный момент (единицы-десятки наносекунд) процесс можно считать адиабатическим, и энерговыделение в шнуре приводит к испарению вещества материала, резкому повышению давления и в конечном итоге к разрушению вещества материала с образованием сквозного отверстия. Если разряд поддерживается и дальше, выделяющееся тепло начинает перераспределяться по объему материала, и может привести к перегреву, оплавлению и спеканию частиц, заплавлению образовавшихся отверстий, что затруднит дальнейший технологический процесс выделения благородных металлов. Таким образом, для большинства руд эффективное воздействие предполагает создание источников электромагнитных импульсов с коротким (порядка 1-5 нс) фронтом и длительностью порядка 5-200 нс с амплитудой напряженности электрической компоненты поля, превышающей электрическую прочность вещества руды (обычно на уровне 10⁷ В/м). Для некоторых типов руд возможно также использование импульсов микросекундной длительности. При этом импульс может иметь высокочастотное наполнение (т.е. представлять собой микроволновое излучение), что может дать определенные преимущества благодаря простоте и разнообразию возможностей подвода энергии электромагнитного излучения СВЧ диапазона к обрабатываемому веществу. Оценим плотность мощности p, необходимую для реализации предлагаемого способа воздействия. Амплитуда напряженности электрической компоненты поля для линейно-поляризованной плоской волны E связана с p соотношением Для рассмотренной ранее напряженности 10⁷ В/м получаем оценку плотности мощности ~ ГВт/м², что вполне реализуемо с помощью приборов релятивистской сильноточной электроники. Другой вариант - использование воздействия видеоимпульса электрического поля в специальной камере, обеспечивающей требуемую напряженность поля и ограничение суммарного протекающего заряда (режим частичных разрядов), с целью недопущения оплавления и спекания вещества материала.

Известно, что неоднородности среды, особенно электропроводящие включения, существенно облегчают развитие пробоя из-за повышения напряженности электрического поля в местах неоднородности, поэтому образующиеся каналы будут преимущественно связывать крупинки золота между собой и с поверхностью, что весьма полезно с точки зрения эффективности последующей обработки материала химическими реагентами. Для образования достаточного количества каналов потребуется воздействие серии импульсов. Известно, что при повторяющемся воздействии частичных разрядов в твердых диэлектриках, к которым можно отнести некоторые типы веществ руды, образуются древовидные структуры - дендриты, ветви которых представляют собой области разрушаемого от импульса к импульсу вещества. Электрическая прочность твердых диэлектриков, близких к тем, которые могут входить в состав подвергаемого воздействию вещества руды или минералов, варьируется в широких пределах, см. табл. 1. Она может существенно уменьшаться из-за наличия неоднородностей и повышаться при импульсном воздействии.

Зависимость мощности P, выделяющейся в разряде от напряженности поля E носит существенно нелинейный характер P = αEⁿ, где n=10-16 в зависимости от конкретного вещества. Если пробой происходит в режиме частичного разряда, когда протекающий заряд определяется поляризацией обрабатываемого вещества, полная выделяющаяся энергия вещества пропорциональна квадрату средней напряженности поля: W = βE², где β зависит от типа руды. Образование отверстий произойдет, если этой энергии хватит для сублимации вещества в канале, а время, за которое она выделяется, будет существенно меньше необходимого для теплопередачи и рассеяния тепла в окружающих областях. Если же имеет место режим сквозного пробоя, необходим подбор оптимального сочетания величины напряженности поля и длительности протекания тока, которое должно обеспечивать соответствующее устройство.

На фиг. показана блок-схема экспериментальной установки, с помощью которой реализован способ. Цифрами обозначены: 1 - преобразователь напряжения сети, 2 - высоковольтный трансформатор, 3 - формирователь импульсов, 4 - электродная система и объект воздействия. Установка генерирует импульсы с амплитудой 150 кВ, длительностью импульса порядка 10 нс и длительностью фронта импульса порядка 5 нс. Промышленные генераторы импульсов могут иметь и большее напряжение (вплоть до 1-2 MB).

Устройство воздействия на материал - минеральную среду представляет собой область с двумя дискообразными электродами диаметром 120 мм, расстояние между которыми можно менять в широких пределах для обеспечения необходимой амплитуды напряженности электрической компоненты поля. Расстояние между электродами много меньше диаметра, что обеспечивает достаточную однородность электрического поля между ними. На этой установке с помощью регулировки зазора между электродами удается обеспечить амплитуду напряженности электрической компоненты поля 1-50 МВ/м.

Исходный материал измельчают (рудоподготовка) и в виде навески золото- и серебросодержащего минерального сырья помещают между электродами и подвергают воздействию электромагнитным импульсом с длительностью фронта импульса порядка 5 нс и длительностью импульса около 10 нс с амплитудой до 150 кВ с частотой повторения 50 Гц. Количество импульсов варьируют в зависимости от условий опытов. С помощью регулировки расстояния между электродами устанавливают оптимальную величину амплитуды напряженности электрической компоненты электромагнитного поля, которая для используемых образцов материала изменялась в пределах 15-50 МВ/м. Таким образом, амплитуда напряженности электрического поля оказывалась больше электрической прочности руды 10 МВ/м, а длительность фронта (5 нс), меньше времени формирования искрового разряда (10-20 нс) в воздушном зазоре, равном толщине обрабатываемого слоя материала (3-5 мм). Затем материал подвергают выщелачиванию.

В табл. 2 представлены данные об извлечении золота и в серебра из материала классов минус 50 и 500 мкм сорбционным цианированием в продуктивные растворы.

После импульсного воздействия ситовая характеристика класса минус 500 изменилась незначительно, но величина извлечения благородных металлов из частиц данного класса приближается к аналогичному показателю для частиц класса минус 50 мкм. Этот факт свидетельствует об эффективности вскрытия упорного материала за счет создания каналов пробоя и микротрещин, обеспечивающих доступ выщелачивающего раствора к частицам золота и серебра. Это предопределяет создание принципиально новой, высокоэффективной энергосберегающей технологии, которая позволит сократить путь от сырья к конечному товару, исключив необходимость вложения средств в энергоемкие и экологически опасные процессы окислительного обжига или автоклавного выщелачивания при переработке упорного сырья, содержащего благородные металлы.

Источники информации:
1. Фишман М.А., Зеленев В.И. "Практика обогащения руд цветных и редких металлов", М., Недра, 1967, с.35.

2. Масленицкий И.Н., Чугуев П.В. "Металлургия благородных металлов", М., Металлургия, 1972.

3. Лодейщиков В.В. "Техника и технология извлечения золота из руд за рубежом", М., Металлургия, 1973, с.51-52.

4. Патент РФ N 2099147, кл. B 03 B 7/00, 20.12.97.

Использование: обогащение полезных ископаемых, в частности выщелачивание благородных металлов из упорных руд или продуктов их обогащения. Технический результат- повышение эффективности вскрытия упорного материала, содержащего благородные металлы за счет создания каналов и микротрещин, обеспечивающих доступ выщелачивающего раствора к частицам благородных металлов. Перед операцией выщелачивания материал подвергается воздействию электромагнитного импульса. С амплитудой напряженности электрической компоненты импульса больше электрической прочности вещества руды и длительностью фронта импульса меньше времени формирования искрового разряда в воздушном зазоре, равном толщине обрабатываемого материала. Для увеличения эффекта может быть использовано воздействие серией таких импульсов. 1 з.п.ф-лы,2 табл., 1 ил.

1. Способ переработки материалов, содержащих благородные металлы, включающий рудоподготовку и выщелачивание, отличающийся тем, что перед выщелачиванием материал подвергается воздействию электромагнитного импульса с амплитудой напряженности электрической компоненты поля большей электрической прочности материала и длительностью фронта импульса, меньшей времени формирования искрового разряда в воздушном зазоре, равном толщине обрабатываемого слоя материала. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при воздействии используется серия импульсов.