Способ кристаллизации соединений, содержащихся в газообразном состоянии в составе высокотемпературных фумарольных вулканических газов, включающих в себя рений, индий, германий и платиновую группу металлов, на медных элементах Российский патент 2021 года по МПК C01G47/00 C22B61/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к процессам выращивания на медных элементах, химический состав которых соответствует катодной меди или литой меди [1] (далее - Подложка/Шихта), кристаллов, включающих в себя соединения рения, индия, германия и платиновой группы металлов, содержащиеся в газообразном состоянии в высокотемпературной фумарольной среде вулканических газов (далее - Кристаллический нарост).

Изобретение может быть использовано для получения Кристаллического нароста, с последующей его переработкой и получения редкометалльного сырья с целью выделения из него рения и других редких и благородных металлов.

Уровень техники

Публичные сведения об известных заявителю аналогах изобретения с выделением из них аналога, наиболее близкого к изобретению (прототипа) по сфере его применения, по совокупности заявленных в настоящем изобретении функциональных возможностей, по назначению заявляемого изобретения, совпадающие с назначением аналогов, не выявлены.

Сущность изобретения

Способ получения Кристаллического нароста на Подложке осуществляется в условиях высокотемпературной фумарольной деятельности активных вулканов, основывается на химических газотранспортных реакциях [2].

Осуществление способа

Осуществление способа проходило в условиях вулкана Кудрявый, расположенного на острове Итуруп Курильской островодужной дуги, активность которого представлена высокотемпературной фумарольной деятельностью. Фумарольная деятельность - это процесс выхода на дневную поверхность отделившегося газового флюида от магматического источника сквозь ослабленные участки земной коры. Температуры фумарольных газов выходящих на дневную поверхность достигают значений 950°С [3, 4]

Состав выходящих газов разнообразен: H₂О, СО₂, H₂S, SO₂, HCL, СО, СH₄, H₂, О₂, Ar, F₂, S₂ [3,]. Так же установлено, что газовые флюиды, выходящие на поверхность вулкана, содержат в себе редкометалльные соединения [3], которые могут быть, или сульфидными или оксидным [5].

Для осуществления способа на фумарольных полях выбраны площадки, имеющие дебетный режим фумарольных газов 1-15 м/сек, со следующим диапазоном температур фумарольных газов выходящих на дневную поверхность:

- Диапазон №1 от +200° до 400°С,

- Диапазон №2 от 400° до 700°С,

- Диапазон №3 от 700° до 950°С, далее, все вместе именуемые как Диапазоны. Основанием и критерием выбора различных Диапазонов имеющих разные температуры являются факторы, отражающие рудно-геохимическую специализацию отложений фумарольного поля [6].

На участки, соответствующие требованиям Диапазонов, устанавливались специализированные керамические газосборные огнеупорные камеры в форме трубы, выполненные из огнеупорного шамотного материала (Фиг. 1, элемент 3) соответствующего установленному стандарту [7], высотой 30 см, внутренним диаметром 10 см и толщиной стенки 3 см (далее - Камера).

Камеры помещались на поверхности фумарольного поля (Фиг. 1, элемент 1), на площадках, температуры поверхности которых соответствовали заданным Диапазонам. На каждую площадку с заданным температурным диапазоном устанавливалось по 50 штук Камер с одним типом используемой Подложки цилиндрической формы диаметром 1 см высотой 5 см. Помимо основной формы Подложки, использовались Подложки иной произвольной формы, однако приоритетной формой была признана цилиндрическая форма по критериям величины кристаллического нароста и минимизации издержек пробоподготовки.

Вовнутрь каждой Камеры устанавливалось не менее 5 однотипных Подложек (Фиг. 1, элемент 4), которые фиксировались на специальной подвесной системе, состоящей из кремнеземных огнеупорных шнуров, таким образом, чтобы Подложка не имела соприкосновения, ни со стенками камеры, ни с горячей поверхностью выбранного участка площадки, ни друг с другом, но находились под постоянным воздействием дебетовой фумарольной газовой среды (Фиг. 1, элемент 2).

В целях предотвращения попадания атмосферной воды и воздуха внутрь Камеры, последняя сверху закрывается крышкой выполненной из огнеупорного шамотного материала соответствующего установленному стандарту [7] (Фиг. 1, элемент 5), оснащенной клапаном, предназначенным для выхода фумарольного газа прошедшего через внутреннюю полость Камеры. Таким образом, в камере обеспечивается постоянный транспорт газа, давление и температура.

Далее производились изъятия Подложки из Камеры с дискретностью 15 минут - 2 часа - 24 часа - 48 часов - 72 часа и оценивалось среднее время осаждения Кристаллического нароста на Подложку в привязке к Диапазонам, с последующим осуществлением его очищения с Подложки и взвешивания на лабораторных весах MercuryM-ER 326AFU-3.01 LCDPostll с точностью взвешивания +/- 0,1 гр. - результаты оценки представлены в фиг. 2, 3, 4.

Фиксировалась практически линейная зависимость времени выдержки Подложки в Камере от значения привеса с достоверностью аппроксимации лини тренда от 0,94 до 0,98 по всем трем Диапазонам.

Оценка содержаний рения, индия, германия и платиновой группы металлов в отобранных Кристаллических наростах с Подложек, изъятых из Камер, производилась путем применения рентгенофлуоресцентного анализа через 72 часа с момента установки

Подложки в Камеру. Рентгенофлуоресцентный анализ осуществлялся на Кристаллических наростах, подготовленных в соответствии с установленными производителем оборудования - фирмой Olympus (Япония) правилами пробоподготовки (далее - Пробы). Непосредственно рентгенофлуоресцентный анализ проводился с помощью портативного XRF анализатора с Rh анодной трубкой OlympusDELTADP-2000-СС в соответствии с установленным производителем регламентом.

Обобщенные средние значения концентраций искомых элементов в Кристаллическом наросте, полученные по группе Камер в привязке к Диапазонам приведены в таблице 1.

Оценивались значения концентрации элементов: Pd, Pt, Re, Ge, In, в Пробах (см. табл. 1), которая достигает промышленных значений [8].

Также заявителем выявлена неописанная в известной литературе закономерность в виде линейной зависимости роста концентрации Pd, Pt,Re, In, Ge в Кристаллическом наросте от увеличения температуры фумарольных газов в Камере (фиг. 5).

Кристаллические наросты, образующиеся на Подложках, имеют структуру, либо дендрическую, либо почковидную, цвет которых может быть от черного до светло серого, редко желтого, с характерным металлическим блеском. Размер некоторых кристаллов может достигать до 2 см. Твердость по шкале Мооса 5, черта черная - фиг. 6, 7, 8.

Среднее время осаждения Кристаллического нароста на Подложке в пересчете на суточный интервал составляет: по Диапазону №1 = 4,85 г/сутки, Диапазону №2 = 12,225 грамм/сутки, по Диапазону №3 = 18,975 г/сутки

Технический результат.

Техническим результатом заявленного способа является получение на медных подложках, химический состав которых соответствует катодной меди или литой меди [1] кристаллического нароста содержащего в себе редкометалльные и благородные включения, такие как Re, In, Ge, Pd, Pt, концентрация которых не уступает промышленным значениям.

Краткое описание чертежей:

Фиг. 1 - Принципиальная схема выполнения способа, где 1 - поверхность фумарольного поля, на поверхности которой помещена Камера, 2 - поток высокотемпературного фумарольного газа исходящего из фумарольного поля, 3 - огнеупорная камера в форме трубы, выполненная из огнеупорного шамотного материала, 4 - однотипные Подложки, фиксируемые на специальной подвесной системе, состоящей из кремнеземных огнеупорных шнуров, 5 - крышка оснащенная клапаном, предназначенным для выхода фумарольного газа прошедшего через внутреннюю полость Камеры.

Фиг. 2 - График зависимости привеса на Подложке от времени выдержки на выбранном Диапазоне №1.

Фиг. 3 - График зависимости привеса на Подложке от времени выдержки на выбранном Диапазоне №2.

Фиг. 4 - График зависимости привеса на Подложке от времени выдержки на выбранном Диапазоне №3.

Фиг. 5 - График зависимости содержания In, Ge, Re, Pt, Pd компонентов в Пробе от Диапазонов 1, 2, 3.

Фиг. 6 - Фотопример Подложки, на котором наросли массивные дендрические Кристаллические наросты после выдержки в Диапазоне №2 в течение72 часов.

Фиг. 7 - Фотопример Подложки, на котором наросли массивные дендрические кристаллические наросты в Диапазоне №3 в - в течение72 часов.

Фиг. 8 - Фотопример Подложки, на котором наросли массивные дендрические кристаллические наросты в Диапазоне №1 - в течение 72 часов.

Библиография

1. ГОСТ 859-2014 Медь. Марки.

2. Шефер Г. Химические транспортные реакции. - М.: Мир. 1964.189 с.

3. Рудная минерализация высокотемпературных фумарол Вулкана Кудрявый (О. Итуруп, Курильские О-ВА) 2009 г. Чаплыгин И.В.

4. Предварительный отчет о проведении литогеохимической и тепловой съемки на месторождении рения и редких металлов в вулканических газах «Вулкан Кудрявый» ООО «Теллур С-В» (Фонды ООО «ИВ»).

5. Отчет о научно-исследовательской работе «Обоснование проведения испытаний по извлечению из фумарольных газов вулкана Кудрявый коллективного концентрата рения и сопутствующих элементов» по теме: «Разработка процесса улавливания сульфида рения и сопутствующих ценных элементов из фумарольных газов вулкана Кудрявый» АО ВНИИХТ 2015 г. (Фонды ООО «ИВ»).

6. ОТЧЕТ о выполнении исследовательской работы: «Обработка, картографирование и интерпретация геохимических данных по Молибденовому фумарольному полю вулкана Кудрявый и участку Амеба» (о. Итуруп, Курильский район Сахалинской области)» ООО «Теллур С-В» 2019 (Фонды ООО «ИВ»).

7. ГОСТ 11586-2005 Изделия огнеупорные для сифонной разливки стали. Технические условия.

8. Промышленные типы рудных месторождений. Учебное пособие для вузов. Недра, Москва, 1986 г., 358 стр.

Изобретение относится к способу кристаллизации соединений, содержащихся в газообразном состоянии в составе высокотемпературных фумарольных вулканических газов и включающих в себя рений, индий, германий и платиновую группу металлов, на медных элементах. Способ кристаллизации соединений, содержащихся в газообразном состоянии в составе высокотемпературных фумарольных вулканических газов, на подложке произвольной формы, выполненной из катодной и/или литой меди, заключается в помещении от одной и более подложек в огнеупорную камеру, имеющую внутренний сквозной канал, обеспечивающий ток газа таким образом, что закрепленные на подвесной системе, состоящей из огнеупорных кремнеземных шнуров, подложки не имеют контакта с внутренними стенками огнеупорной камеры, поверхностью фумарольной площадки и огнеупорной крышкой, расположенной в верхней части камеры. Камеру с закрепленными в ней медными подложками устанавливают на высокотемпературную фумарольную площадку, имеющую температуру от 200°С до 950°С, с дебетом высокотемпературного фумарольного газа от 1 до 15 м/с. Накрывают верхнюю часть установленной на фумарольной площадке камеры огнеупорной крышкой, включающей в себя клапан, предназначенный для вывода фумарольного газа, прошедшего через внутреннюю полость камеры. Выдерживают медные подложки в камере под воздействием высокотемпературных фумарольных газов, с последующим изъятием подложек с наросшей на их поверхности кристаллической массой, содержащей в себе индий, германий, рений, платину, палладий. Технический результат заключается в получении на медных подложках кристаллического нароста редкометалльных и благородных включений Re, In, Ge, Pd, Pt, концентрация которых не уступает промышленным значениям. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 ил.

1. Способ кристаллизации соединений, содержащихся в газообразном состоянии в составе высокотемпературных фумарольных вулканических газов, включающих в себя рений, индий, германий и платиновую группу металлов, на подложке произвольной формы, выполненной из катодной и/или литой меди, заключающийся в помещении от одной и более подложек в огнеупорную камеру, имеющую внутренний сквозной канал, обеспечивающий ток газа таким образом, что закрепленные на подвесной системе, состоящей из огнеупорных кремнеземных шнуров, подложки не имеют контакта с внутренними стенками огнеупорной камеры, поверхностью фумарольной площадки и огнеупорной крышкой, расположенной в верхней части камеры, установке камеры с закрепленными в ней медными подложками на высокотемпературную фумарольную площадку, имеющую температуру от 200°С до 950°С с дебетом высокотемпературного фумарольного газа от 1 до 15 м/с, накрытии верхней части установленной на фумарольной площадке камеры огнеупорной крышкой, включающей в себя клапан, предназначенный для вывода фумарольного газа, прошедшего через внутреннюю полость камеры, выдержке медных подложек в камере под воздействием высокотемпературных фумарольных газов, с последующим изъятием подложек с наросшей на их поверхности кристаллической массой, содержащей в себе индий, германий, рений, платину, палладий.

2. Способ по п.1, в котором камера и крышка с клапаном могут состоять из огнеупорного шамота.

3. Способ по п. 1, в котором подложки могут быть выполнены в виде объектов цилиндрической формы.