Методика проведения экспериментов

19 
 
 
 
 
где ρ
m
 и ρ
ж
- плотность кристалла и растворителя, г/см
3
, m
1
 и m
2
 т? и т?. - 
вес  кристалла  (г)  в  моменты  времени  растворения  τ
1
  и  τ
2
  S  -  рас-
творяющаяся поверхность кристалла, см
2
. 
Плотность  выбранного  образца  минерала  определялась  по 
изменению  веса  кристалла  в  растворе  H
2
SO
4
  по  методике  [91]  из 
формулы: 
 
 
где m
0
- вес кристалла в жидкости до момента растворения, г; Р- вес 
кристалла в воздухе, г; ρ
ж
 - плотность раствора, г/см
3
. 
Для  каждого  определения  скорости  растворения  проводилось 
несколько  параллельных  опытов,  строились  графики  зависимости 
изменения  массы  кристалла  от  времени  растворения,  а  для  расчетов  по 
формуле выбирались координаты двух точек. 
Коэффициент массопередачи определялся по уравнению:             
                                                                                     
                   
 
 
где С
н 
- равновесная концентрация меди (растворимость), г/см
3
 . 
Сумма  количества  меди  ∆Х,  перешедшей  в  раствор  за  все  время 
опыта  ∆τ  при  свободной  конвекции,  использовалась  для  вычисления 
скорости растворения: 
                          
  
т.е. значение V вычислялось двумя способами из данных одного опыта. 
Порядок  реакции  определялся  графическим  методом  Ван-  Гоффа 
[84].  Энергия  активации  рассчитывалась  по  интегральному  уравнению 
Аррениуса [84, 221]: 
 
 
 
 

20 
 
 
 
 
 
где  К  -  константа  скорости  реакции,  Т  -  температура,  Е  -эмпирическая 
постоянная, имеющая размерность энергии (энергия активации). 
Растворимость  минерала  определялась  в  изотермических  условиях 
при перемешивании. До установления в системе равновесия периодически 
отбирались пробы и анализировались атомно-абсорбционным методом на 
медь.  Плотность  раствора  по  достижении  равновесия  определялась 
пикнометрическим  методом.  Из  равновесных  концентраций  меди  и 
соответствующих  плотностей  растворов  вычислялись  количества  меди, 
перешедшей в раствор из минералов. 
В  качестве  растворителя  использовались  растворы  серной  кислоты 
(0,05-1,0 г-экв/дм
3
), для некоторых экспериментов в присутствии хлорида 
натрия. Температура опытов составляла 298 и 323 К и поддерживалась с 
помощью термостатированных сосудов с точностью до ± 0,8. 
Для  успешной  разработки  технологии  выщелачивания  сульфидных 
руд  необходимо  изучение  кинетики  и  механизма  процесса  растворения 
основных  сульфидных  минералов  в  различных  растворителях.  С  целью 
получения  более  достоверных  и  полных  данных  создана  лабораторная 
установка  [98],  позволяющая  в  определенной  степени  совместить 
известные методы изучения кинетики и механизма процесса растворения 
минералов. 
Для исследования нами был выбран халькопирит Мессбауэровским 
методом определено его ионное состояние: Сu
+ 
Fe
3+
2S
2-
, что согласуется с 
данными по нейронографии [256]. 
Нами  для  экспериментов  из  исследуемого  минерала  халькопирита 
выпиливался  кусок определенной площади, к  которому  после  осаждения 
меди  электролизом  на  одной  из  граней  припаивался  электрический 
контакт. Затем минерал приклеивался к диску-держателю, выполненному 
из оргстекла [98], таким образом,  
 
 
 
 
 
 
 
 

21 
 
 
чтобы  только  одна  его  грань  контактировала  с  раствором.  Затем  она 
шлифовалась,  полировалась  и  в  дальнейшем  служила  рабочей 
поверхностью.  Подготовленный  образец  помещался  в  реакционную 
термостатированную ячейку, заполненную исследуемым растворителем. В 
ячейке,  где  с  помощью  термостата  Н-4  поддерживалась,  необходимая 
температура,  вращение  диска-держателя  с  прикрепленным  минералом 
осуществлялось с помощью электродвигателя; частота вращения которого 
регулировалась  электротрансформатором.  Потенциостатом  ПИ-50-1 
контролировалось  изменение  потенциала  на  поверхности  минерала  в 
процессе растворения с одновременной записью на двухкоординатном са-
мописце.  Связь  минерала  с  потенциометром  осуществлялась  через 
скользящий  контакт  на  диске-держателе.  Электродом  сравнения  служил 
стандартный  хлор-серебряный  электрод,  вспомогательным  -  платиновый. 
Отбор проб осуществлялся через пробоотборник на ячейке. 
На  первом  этапе  исследований  определялось  влияние  природы 
растворителя  на  процесс  разложения  халькопирита.  Как  показал 
проведенный  обзор  литературных  данных,  наиболее  распространенной 
является  слабая  серная  кислота  с  добавлением  в  качестве  окислителя 
солей  трехвалентного  железа  [180].  Вместе  с  тем,  известно  [27],  что  в 
процессе  выщелачивания  окисленных  медных  руд  в  раствор  переходят 
легкорастворимые  формы  железа,  алюминия  и  меди,  которые  обладают 
высокими  окислительно-  восстановительными  свойствами.  Однако  в 
литературе  отсутствуют  данные  о-возможности  применения  их  для 
выщелачивания  сульфидных  руд  с  целью  экономии  окисляющих 
реагентов,  потребность  в  которых  может  оказаться  весьма  значительной 
из-за  использования  в  кучном  выщелачивании  больших  объемов  рас-
творов.  Исходя  из  вышеизложенного,  в  данной  работе  исследована 
возможность  применения  в  качестве  растворителя  для  сульфидных 
медных руд слабой серной кислоты с добавлением солей железа, меди и 
алюминия, которые являются основными 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

22 
 
 
компонентами  в  растворах  после  кучного  выщелачивания  оксидных 
медных руд [27, 96, 136]. 
Кинетические  методы  изучения  процессов  включают  в  себя 
измерения  скоростей  окисления  и  растворения  сульфидных  минералов  в 
различных  условиях.  При  этом  устанавливается  зависимость  скорости 
растворения минералов от состава и природы растворителя, температуры, 
скорости перемешивания и других параметров. 
В  первой  серии  опытов  определялась  зависимость  скорости 
растворения  халькопирита  от  продолжительности  выщелачивания.  В 
качестве  растворителя  использовался  раствор  серной  кислоты  с 
концентрацией  5  г/дм
3
  H
2
SO
4
  и  сульфата  железа  (III)  -  3,5  г/дм
3
  Fe  (III). 
Отбор проб производился через каждые 30 мин. Скорость вращения диска 
с  исследуемым  минералом  составляла  350  об/мин,  температура  во  всех 
опытах  была  298  К,  объем  раствора  0,5  дм
3
.  Площадь  рабочей 
поверхности исследуемого халькопирита составляла.7,1 см . 
Для  уточнения  данных  об  электрохимических  процессах, 
протекающих  на  поверхности  халькопирита  при  его  растворении, 
проведена  анодная  поляризация  минерала  с  получением  зависимости 
анодного  тока  I  от  подаваемого  потенциала  Е.  Подачу  заданного 
потенциала и измерение тока проводили при помощи потенцио тата ПИ-
50-1, 
запись 
полученных 
результатов 
осуществлялась 
на 
двухкоординатном  самописце  ЛКД-4.  Для  ограничения  окисления 
халькопирита  кислородом  воздуха  все  измерения  в  реакционной  ячейке 
проводились под током аргона. 
Значения  подаваемого  потенциала  линейно  увеличивались  со 
скоростью  75  мВ/мин,  позволяющей  получать  наиболее  четко 
выраженные  зависимости  I  от  Е.  Температура,  в  ячейке  поддерживалась 
постоянной - 298 К. Скорость вращения диска с закрепленным минералом 
- 350 об/мин. 
На  следующем  этапе  после  установления  зависимости  между 
изменением потенциала на поверхности халькопирита и об- 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

23 
 
 
разованием  промежуточных  соединений  проводилось  более  полное 
изучение продуктов, образующихся в процессе его растворения. Причем, 
благодаря постоянному контролю за изменением потенциала, отбор проб 
производился  непосредственно  в  момент  образования  промежуточных 
продуктов реакции. 
Современные  методы  физики  твердого  тела  позволяют  при 
рассмотрении взаимодействия сульфидов с реагентами учитывать состав и 
структуру  как  исходных,  так  и  модифицированных  состояний,  их 
электрические,  магнитные  и  фазовые  проявления  в  зависимости  от 
условий  проведения  технологического  процесса.  Однако  только 
комплексное  изучение  физико-химических  свойств  сульфидов  на 
различных  этапах  выщелачивания  в  зависимости  от  условий  проведения 
процесса позволяет понять природу и механизм взаимодействия, включая 
определение  состава  продуктов  реакции  на  поверхности  минерала  и  их 
переход  в  растворимое  состояние.  При  этом  для  полной  идентификации 
полученных  в  процессе  соединений  необходимо  изучение  электрических 
и магнитных составляющих. 
Для  изучения  механизма  протекания  химических  процессов 
исследовались  растворы  и  твердые  продукты  разложения  медных 
минералов.  Модельные  растворы  готовились  из  сульфата  меди,  железа 
(III),  алюминия  (III)  и  хлорида  натрия.  Концентрация  компонентов 
соответствовала  содержанию  их  в  технологических  растворах. 
Исследования  проводились  с  использованием  комплекса  физико-
химических  методов  анализа:  мессбауэровской,  ЭПР-,  ИК-,  ОЖЕ-  и 
электронной  спектроскопии,  рентгеновской  дифрактометрии,  БЭТ  и 
эффект Холла. Параметры во всех случаях замеряли при 298 К. Спектры 
снимались на серийном ядерном гамма-резонансном спектрометре ЯГРС-
4М, ПК- спектры - на UR-20, ЭПР-спектры - на "Jeol-JESHE-З", электрон-
ные  спектры  -  на  спектрофотометре  "DU-83",  мессбауэровские  спектры 
снимались на серийном ядерном гамма-резонансном спектрометре ЯГРС-
4М с некоторыми изменениями системы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

24 
 
движения.  В  частности,  использовался  вибратор-электродинамического 
типа,  аналогичный  описанному  в  работе  [219].  Расчеты  мессбауэровских 
спектров проводились по известной методике [2, 60, 199, 287]. 
Измерение  магнитной  восприимчивости  производилось  методом 
неподвижно  укрепленного  образца.  В  используемой  установке  стержень 
мог свободно вращаться около горизонтальной оси, закручивая при этом 
металлическую  нить..  Если  поместить  около  железного  стержня 
исследуемый образец, то он, оказавшись в неоднородном магнитном поле, 
будет  испытывать  на  себе  действие  силы.  В  свою  очередь,  на  стержень 
будет  действовать  такая  же  сила,  но  противоположного  направления. 
Таким  образом,  если  исследуемый  образец  закреплен,  а  стержень  будет 
находиться  в  свободном  состоянии,  то  последний  под  действием 
магнитной  силы  начнет  перемещаться.  По  углу  закручивания  нити,  на 
которой  закреплен  стержень,  можно  определить  величину  магнитной 
восприимчивости исследуемого образца. 
Для  объяснения  скачка  потенциала  на  поверхности  халькопирита  в 
начальный 
момент 
растворения 
использовался 
метод 
ОЖЕ-
спектроскопии,  позволяющий  произвести  количественную  оценку 
элементов на поверхности минералов. 
ОЖЕ-спектры  снимались  на  спектрометре  LAZ-2000  с  энергией 
первичного  пучка  электронов 3  кэВ.  Плотность  электронного  пучка  тока 
составляла  10
-7
  А,  развертка  луча  по  электрону  (сканирование) 
производилась по площади 200x200 мк
2
. 
Спектры ЭПР записывались на спектрофотометре "Joel- JESHE-3" в 
трехсантиметровом диапазоне при комнатной температуре и температуре 
жидкого  азота  (77,2К).  В  качестве  эталона  j-фактора  использовался 
образец, содержащий ионы θ
j
. Эталоном интенсивности служил исходный 
раствор  в  диоксиде  известной  концентрации.  Количество  спинов  в 
образце  определялось  сравнением  интегральных  интенсивностей 
поглощения эталона и исследуемого образца. 
 
 
 
 
 
 
 
 

25 
 
ИК-спектры  снимались  на  спектрометре  UR-20  в  области  400-4000  
см
-1
.  Разрешающая  способность  прибора  составляла  ±2-  4  см
-1
.  Для 
измерений  продуктов  циклического  выщелачивания  применялись 
стандартные кюветы с окнами из КВг. 
Электронные  спектры  поглощения  исследуемых  продуктов 
гидрометаллургического  процесса  записывались  на  спектрофотометре 
"DU-83"  фирмы  "Бекман"  в  области  190-900  нм.  Определение 
концентрации 
меди 
и 
железа 
проводилось 
по 
методике 
многокомпонентного  анализа  с  приготовлением  фиксированных  йодных 
растворов с определенной концентрацией меди и железа. 
Термографические  исследования  проводили  на  дериватографе  Q  - 
1000°  системы  Е.  Паулик,  И.  Паулик  и  Л.  Эрдей.  Нагревание 
исследуемого  вещества  велось  со  скоростью  283  К  в  минуту.  Измерение 
температуры  (Т  и  ДТА)  вели  платино-  платинородиевой  термопарой  с 
открытой записью на диаграммной ленте. Одновременно на этой же ленте 
фиксировались изменения массы навески (ТГ) по времени и температуре 
(ДТГ). Предельная температура нагревания составила 1273 К. 
Для  изучения  рудных  минералов  и  вмещающих  пород  под 
микроскопом отбирались наиболее характерные образцы проб, из которых 
затем  готовились  полированные  и  прозрачные  шлифы,  исследования 
полированных образцов проводились на микроскопе МИН-9, прозрачных 
МИН-8, при увеличении от 100
х
 до 1425
х
. 
В качестве объектов исследования взяты образцы медных минералов 
с  месторождений  Актогай  и  Айдарлы.  Основной  особенностью  генезиса 
медных минералов на Айдарлинском месторождении является то, что они 
покрыты  гелеобразной  опаловидной  пленкой  кремневой  кислоты.  Этот 
момент  затрудняет  растворение  и  вносит  свои  коррективы  в  процесс 
извлечения из минералов меди при кучном выщелачивании. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

26 
 
 
 
 
 
 
 

жүктеу/скачать 27,65 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: