способ подготовки шунгитовых пород к обогащению

Формула изобретения

Способ подготовки шунгитовых пород к обогащению включает предварительное карботермическое восстановление оксидов шунгитовой породы путем высокотемпературного химического процесса по синтезу карбида кремния при температуре 1450°С в условиях вакуума в течение 2 ч и последующий обжиг керамической смеси состава 49 мас.% SiC, 49 мас.% Аl₂O₃ и 2 мас.% CaF₂ в атмосфере аргона при температуре 1700°С в течение 2 ч и скорости нагрева 300 К/ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к комплексной переработке и обогащению полезных ископаемых и может быть использовано для подготовки шунгитовых пород к обогащению, а именно для извлечения из них благородных металлов (Au, Ag).

Шунгитовые породы представляют собой углеродсодержащее минеральное вещество (с содержанием углерода от 5 до 90 мас.%). Углеродистое вещество, содержащееся в руде, образует матрицу, в которой равномерно распределены зерна кварца с размером частиц 0,5 мкм, реже - зерна слюды, хлорита, альбита, кальцита и доломита, а также микроэлементы (Сu. Zn, Co, Ni, Cr, V, Мо, Pb, S, As, Se, Au, Ag и др.). Минеральные компоненты, в частности благородные металлы, шунгитовых пород характеризуются мелкодисперсным распределением в виде кристаллов, слоевых (0.2-0.5 нм) внедрений и нанокластеров в шунгитовом углероде. Поэтому получение промышленных концентратов благородных металлов (Au, Ag) из шунгитовых пород механическими способами или химическими методами гидрометаллургии неэффективно.

Известен способ обогащения золото-кварцевых и золото-сульфидно-кварцевых руд, локализованных в черносланцевых породах (RU 2294800, В03В 7/00, 03.08.2005), включающий дробление руды в щековой дробилке, первое грохочение, додраблевание, второе грохочение, классификацию подрешетного продукта в гидроциклонах, третье грохочение и центробежную концентрацию, при этом концентраты объединяют для дальнейшего цианирования. Недостатком является сложность, длительность и многостадийность процесса. А цианирование небезопасно в экологическом отношении.

Существует способ переработки упорного золотосодержащего сульфидного сырья (RU 2025521, С22В 11/00, 13.03.1992), включающий предварительное обессеривание сырья, затем полученный продукт смешивают с кальций- и кремнийсодержащими флюсами в эффективных количествах, далее шихту подвергают плавке с последующим охлаждением шлака до его самопроизвольного рассыпания в порошок и извлечением золота известными способами обогащения. Данный способ не может быть осуществлен на шунгитовых породах.

Способов подготовки шунгитовых пород к обогащению и извлечения из них благородных металлов (Au, Ag), которые можно принять за прототип, нами не выявлено.

Технический результат настоящего изобретения состоит в разработке эффективного способа подготовки шунгитовых пород к обогащению и в расширении сырьевой базы для получения благородных металлов.

Технический результат достигается тем, что способ подготовки к обогащению благородными металлами шунгитовых пород включает карботермическое восстановление оксидов шунгитовой породы в вакуумной печи при температуре 1450°С, последующую термообработку в инертной среде аргона при температуре 1700°С в течение 1-2 час.

Способ осуществляется следующим образом. Предварительно проводится синтез карбида кремния -SiC: из порошкообразного шунгита формируются таблетки, которые подвергаются термообработке при температуре 1450°С в условиях вакуума в течение 2 час

SiO₂ +3C SiC+2CO

Помимо - и -модификаций карбида кремния в продуктах наблюдаются свободный кремний (Si), кварц (SiO₂) и избыток углерода (С).

Затем из керамической смеси состава 49 мас.% SiC, 49 мас.% Аl₂О₃ и 2 мас.% CaF₂ формируются таблетки, которые подвергаются обжигу в атмосфере аргона (Р=0.13-0.15 МПа) при Т=1700°С, в течение 2 час и скорости нагрева 300 К/ч.

49 мас.% оксида алюминия вводится с целью компенсации избытка углерода, а 2 мас.% фторида кальция - для интенсификации в системе обменных процессов за счет образования жидкой фазы.

Взаимодействие шунгитового углерода с оксидом алюминия приводит к карбидизации Аl₂ O₃ до монооксикарбида (Аl₂ОС)

Аl₂O₃+3С Al₂OC+2СО

В итоге формируется керамика на основе Аl₂ОС и SiC с флюидными включениями комплексных соединений (Ag, Au, Cu, Hg, Si) (CF).

Далее в процессе остывания керамического материала (Т=300°С) и реакционных взаимодействий с ним углерод-фторсодержащих комплексных соединений, а также сорбции металлов на зернах Аl₂ОС идет образование сплавов:

Al₂OC+SiC+(Ag,Au,Cu,Hg,Si)(CF) (Si₂C₂)_0.85(Al₂ OC)_0.15+(Si₂C₂)_0.65 (Al₂OC)_0.35+сплавы (Au,Ag,Cu,Zn,Hg) ₂(Al,Si,Fe)+F₂ +СО

Примеры конкретного выполнения

Эксперименты по подготовки к обогащению благородными металлами шунгитовых пород проводили на породах месторождения Зажогино (Республика Карелия). В ходе проведения исследований применялся комплекс минералогических методов, включающий электронную сканирующую микроскопию, микрозондовый и рентгенофазовый анализы. Химический состав исходных образцов приведен в таблице 1.

Из порошкообразного шунгита были отформованы таблетки, которые подвергли термообработке при температуре 1450°С в условиях вакуума в течение 2 час. В результате суммарной реакции идет формирование кубической модификации карбида кремния:

SiO₂+3С SiC+2CO

Далее из керамической смеси сформированы таблетки (обр.1,2, Таблица 2), которые подвергли обжигу в атмосфере аргона (Р=0.13-0.15 МПа) при Т=1700°С, в течение 2 час по схеме открытого реакционного объема и скорости нагрева 300 К/ч. Взаимодействие шунгитового углерода с оксидом алюминия идет по реакции:

Аl₂O₃+3С Al₂ОС+2CO

Таблица 2
№ обр.	Исходный состав	Условия обогащения	Фазовый состав	Потери массы, %
	2% CaF 2	Аргон,	6H-SiC - 56.3%
1	49% Аl2O 3	Т=1700°С,2 час	Al2 OC - 22.4%	46.4
	49% SiC	Р сброс	Si - 21.3%
	2% CaF 2	Аргон,	6H-SiC - 5.2%
	49% Аl 2O3	Т=1700°С, 2 час	3C-SiC - 20.6%	59.4
2	49% SiC	Р=0.13-0.15МПа	Al 2OC - 60%
	Si - 14.2%

Далее в процессе остывания керамического материала (обр.1) при Т=300°С и реакционного взаимодействия с ним углерод-фторсодержащих комплексных соединений происходит выделение металлических сплавов, содержащих большее количество золота, серебра и других металлов:

Аl₂ОС+SiC+(Ag,Au,Cu,Hg,Si)(CF) (Si₂C₂)_0.85(Al₂ OC)_0.15+(Si₂C₂)_0.65 (Al₂OC)_0.35+сплавы(Au,Ag,Cu,Zn,Hg) ₂(Al,Si,Fe)+F₂ +CO

По данным рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследований каждый из образцов представляет собой поликристаллический агрегат серого цвета с размерами частиц от 0,5 до 25 мкм и достаточно высокой степенью нарушенности поверхности. На микрофотографиях образцов (см.чертеж) видны округлые выделения субмикроскопического золотосодержащего сплава.

При изучении микроструктуры образцов методом сканирующей электронной микроскопии в образцах обнаруживается большое количество зерен, в некоторых точках которых микрозондовое сканирование показывает наличие нано- и микровключений золота (до 69%), размеры данных вкраплений составляют до 2 микрон. Результаты сканирующей электронной микроскопии образца 1 - в таблице 3, образца 2 - в таблице 4.

Расшифровка дифрактограмм образцов 1 и 2 также подтверждает наличие золота (Таблица 5).

Таблица 5
	В.И.Михеев.
№	«Рентгенометрический
п/п	определитель минералов»,	Обр.1	Обр.2
	1957 г.
	Золото Аu
	d, Å	Jотн	d, Å	Jотн	d, Å	J отн
1	2.35	100	2.34854	16	2.34229	5
2	2.03	90	2.03342	11	2.03585	5
3	1.437	80	1.43435	4	1.41690	3
4	1.226	90	1.22850	7
5	1.173	50

По данным микрозондового анализа установлено, что в ассоциатах карбидная фaзa-(Au,Ag)-сплав благородные металлы содержатся примерно в количестве 1,5 г/т. Таким образом, впервые разработана технология обогащения золота при высокотемпературной переработке шунгитовых пород. Достигнутое концентрирование благородных металлов (Au, Ag) позволяет проводить выделение ценных компонентов традиционными способами (флотация, бромоформирование и др.).