способ подготовки пиритсодержащего сырья к магнитному обогащению

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПИРИТСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ К МАГНИТНОМУ ОБОГАЩЕНИЮ, включающий пирротинизацию, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и улучшения экологической обстановки, пирротинизацию ведут концентрированным потоком энергии в виде лазерного излучения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обогащения пиритсодержащего сырья и может быть применено на обогатительных фабриках, использующих магнетизирующий обжиг и магнитную сепарацию.

Известны способы обогащения немагнитного пиритсодержащего сырья, включающие предварительный магнетизирующий обжиг во вращающихся трубчатых или шахтных печах, работающих с использованием твердого или газообразного восстановителя [1, 2] в последующей магнитной сепарацией.

Однако эти способы обладают существенными недостатками. Они требуют громоздкого оборудования для создания восстановительной атмосферы, сложных систем для подачи взрывоопасных газообразных восстановителей и большого расхода твердого и газообразного топлива. Эти способы требуют высокой температуры более 1000^оС для перевода FeS₂ в Fe₃O₄, что приводит к повышению энергозатрат.

Наиболее близким по достигаемому результату является пирротинизирующий обжиг пиритсодержащего сырья в вакууме при 700-800^оС в течение 1-2 ч [3]. В результате термического воздействия на сырье без доступа воздуха выделяется элементарная сера, разрушается кристаллическая решетка пирита и продукт переходит в ферримагнитную фазу пирротин (Fe₇S₈), что позволяет методами магнитной сепарации выделить пирротин и соответствующие минералы.

Недостатком известного способа является сложность создания вакуума, большой расход твердого и газообразного топлива, высокая длительность обжига, трудности с реализацией непрерывного процесса. Кроме того, способ-прототип является экологически вредным.

Целью изобретения является упрощение способа и улучшение экологической обстановки.

Цель достигается тем, что в известном способе пирротинизацию пиритсодержащего сырья осуществляют на воздухе концентрированным потоком энергии в виде лазерного излучения.

Под воздействием лазерного излучения происходит не только нагревание сырья, но и ослабевает связь между атомами серы и железа, обусловленная переходом части электронов, участвующих в ковалентной связи, из связанного состояния в свободное. В связи с этим разрушение кристаллической решетки пирита происходит быстрей и при значительно меньшей температуре, чем при обычном нагреве. При этом сера более активно начинает диффундировать за пределы поверхности зерна, приводя к быстрой пирротинизации внешних слоев зерен. В процессе пирротинизации на поверхности зерен диамагнитного пирита FeS₂ возникает ферромагнитная фаза Fe₇S₈ и такие зерна легко отделяются от остального сырья при сухой и мокрой сепарации. Толщина слоя пирротина на поверхности частиц пирита зависит от мощности лазерного излучения на частицу и длительности такого воздействия. Химический состав зерна в результате воздействия лазерного излучения и последующего за этим возникновения на поверхности частиц пирита тонкого слоя ферримагнитного пирротина становится неоднородным. В нем может присутствовать весь ряд сульфидов железа от FeS₂ до FeS.

Предлагаемый способ был испытан на руде полиметаллических сульфидов Озерного месторождения (Бурятская АССР). Исходный материал в виде порошка с размерами частиц 0,063-0,050 мм тонким слоем распределяли на подвижной транспортерной ленте, изготовленной из тонкого дюраля. Ширина слоя была равна 3 мм и равнялась ширине лазерного луча, толщина - диаметру частиц для того, чтобы частицы лежали в один слой. Изменение скорости движения транспортерной ленты позволило менять время пребывания частиц исходного продукта в поле лазерного излучения. В эксперименте использовали лазер типа ЛТН-103 мощностью излучения 200 Вт. После этого проводили измерение намагниченности насыщения в поле 1,16 10⁵ А/м (14,5 кЭ) и магнитной восприимчивости в поле 8 10⁴ А/м (1 кЭ), как исходного продукта, так и обработанного лазерным излучением.

Результаты измерений приведены в таблице.

Из таблицы видно, что удельная намагниченность насыщения исходного продукта равна 4 10^-3 А м²/кг. По мере увеличения времени обработки частиц лазерным излучением намагниченность насыщения возрастает и достигает максимального значения при t = 0,1 с. Дальнейшее увеличение времени воздействия лазерного луча на исходный продукт приводит к уменьшению I_S. Аналогичным образом изменяются удельная магнитная восприимчивость и процентное извлечение магнитной фазы при магнитной сепарации.

Авторами было сделано предположение, что под воздействием лазерного излучения происходит диссоциация молекул пирита на элементарную серу и пирротин, т. е. образуется FeS_1+х, где 0 x 1. Для проверки этого предположения в качестве исходного продукта был использован порошок монокристаллического пирита (FeS₂) с размером частиц 0,063-0,050 мм и над ним проделаны те же операции, что и над рудами Озерного месторождения. Полученный продукт исследовали по магнитным свойствам, проводили рентгеноструктурный анализ на установке ДРОН 4-07 и подвергали магнитной сепарации.

Результаты исследований показали, что по мере увеличения времени лазерной обработки происходит перестройка кристаллической решетки от кубической для FeS₂ до гексагональной, и химический состав образцов изменяется от FeS₂ к FeS. При времени лазерной обработки 0,01 с появляются лишь следы ферримагнитного пирротина (Fe₇S₈). При времени 0,1 с до 30% исходного продукта переходит в ферримагнитное состояние, а 70% приходится на промежуточные продукты от пирита до троилита. При увеличении времени лазерной обработки наблюдается смещение фазового и химического составов от FeS₂ к FeS. При времени обработки 1,0 с в ферримагнитной фазе Fe₇S₈ было обнаружено лишь 5% , тогда как FeS - 30%. Основная масса вещества приходилась на промежуточные продукты от FeS₂ до FeS.

Проведенные исследования показали, что под воздействием лазерного излучения происходит процесс пирротинизации пиритосодержащего сырья. Этот процесс протекает, в основном, на поверхности зерен, и для увеличения процентного содержания ферримагнитной фазы в зерне необходимо, чтобы вся поверхность зерна равномерно подвергалась лазерному облучению. Этого можно достичь путем вращения частиц в скрещенных лучах нескольких лазеров. Увеличение времени лазерной обработки до нескольких десятков секунд приводит к возникновению магнитной фазы магнетита.

Под воздействием лазерного излучения происходит передача энергии квантов электронам серы и железа, что приводит к уменьшению энергии ковалентной связи атомов железа и серы, диффузии серы из поверхностного слоя зерен и перестройке кристаллической решетки. Попытки получения подобных превращений путем кратковременного помещения зерен пирита в печь, разогретую до 600-1700^оС, результата не дали.

Процесс пирротинизации на обогатительных фабриках предназначен для перевода железосодержащих сульфидов в ферримагнитное состояние и отделения их от остального сырья магнитной сепарацией. В способе-прототипе процесс пирротинизации происходит по всему объему зерен и длится 1-2 ч. При этом выделяется большое количество серы. В предложенном способе при лазерной пирротинизации процесс протекает лишь в поверхностном слое зерен и длится доли секунды, сопровождаясь меньшим количеством выделяемой серы. Магнитная сепарация извлекает пирротинизированные зерна одинаково эффективно в обоих случаях. В связи с этим описанный способ предварительной обработки пиритсодержащего сырья является более прогрессивным, энергетически выгодным, даже несмотря на низкий КПД лазера, улучшает экологическую обстановку.

При использовании более мощных лазеров эффективность предлагаемого способа возрастает. Этот способ позволяет значительно упростить весь процесс обогащения сырья.