Микроволновая обработка руд
Изобретение относится к обработке руд при помощи микроволновой энергии для облегчения их последующей обработки. Для выделения из руды ценных компонентов, таких как металлы, на частицы руды с основным размером 15 и менее сантиметров воздействуют импульсами микроволновой энергии с продолжительностью каждого импульса менее 1 секунды. Такое воздействие обеспечивает структурное изменение частиц руды без существенного изменения минералогии и состава руды вследствие различного теплового расширения минералов в частицах руды под воздействием микроволновой энергии, а также образование в частицах руды участков с большим напряжением/натяжением и микрорастрескивание. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к обработке руд при помощи микроволновой энергии для облегчения их последующей переработки.
Настоящее изобретение, в частности, хотя никоим образом не эксклюзивно, относится к применению микроволновой энергии для обработки руд с целью облегчения их последующей переработки для выделения из руд ценных компонентов, таких как металлы.
Существует множество способов применения микроволновой энергии в области добычи полезных ископаемых, например при измельчении руд, кроме того, продолжаются исследования и разработки по добыче полезных ископаемых. Однако известные способы не нашли успешного применения из-за трудностей с (а) большим общим количеством затрачиваемой энергии, (b) строительством подходящего сооружения для обработки руд микроволнами, и (с) контролем уровня микроволновой обработки для предотвращения нежелательных изменений в минералах, а также нежелательных изменений в самих частицах руды.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ обработки частиц руды микроволновой энергией для облегчения последующей переработки с целью выделения из руды ценных компонентов, раскрытый в SU 1326334 А1 от 30.07.1987.
Целью настоящего изобретения является разработка способа обработки руд при помощи микроволновой энергии для облегчения их последующей переработки с целью выделения из руд ценных компонентов, таких как металлы.
В общем виде, в соответствии с данным изобретением предложен способ обработки рудных частиц для облегчения их последующей переработки, например, с целью выделения из рудных частиц ценного компонента, такого как металл, при этом указанный способ включает воздействие на рудные частицы микроволновой энергией, вызывающей структурное изменение частиц руды.
Структурное изменение частиц руды является результатом различного теплового расширения минералов в частицах руды вследствие воздействия микроволновой энергией, что приводит к образованию в частицах руды участков с большим напряжением/натяжением и к микрорастрескиванию и другим физическим изменениям в частицах руды.
Согласно конкретному примеру структурное изменение частиц руды является результатом нагрева и, следовательно, теплового расширения всего лишь некоторых минералов в рудных частицах в ответ на воздействие микроволновой энергии, которое приводит к микрорастрескиванию и другим физическим изменениям в частицах руды, в частности к изменению пористости.
Данный способ предпочтительно включает воздействие на частицы руды микроволновой энергией, вызывающей структурные изменения частиц руды без существенного изменения минералогии, то есть состава руды.
В тех случаях, когда руду подвергают выщелачиванию во время последующей стадии обработки, данный способ предпочтительно включает воздействие на частицы руды микроволновой энергией, вызывающее их структурное изменение с минимальным изменением размера частиц руды.
В данном отношении настоящее изобретение частично основано на понимании того, что микроволновая энергия, особенно микроволновая энергия большой мощности, может быть селективно использована для формирования микротрещин в частицах руды, облегчающих последующую переработку руды, такую как выщелачивание, без существенного уменьшения размера частиц руды. Это важно в тех ситуациях, когда предпочтительными для последующей переработки являются крупные частицы (в противоположность мелким) и поэтому дробление частиц на мелкие частицы в результате обработки микроволновой энергией является нежелательным. Это также является благоприятным при использовании выщелачивания для выделения желательного компонента из руды, а также при присутствии в руде нежелательных реакционноспособных компонентов, вызывающих излишнее расходование реагентов в том случае, если они раздроблены слишком мелко. Подобная ситуация, как правило, возникает при обработке урановых руд, когда выход годного зачастую ограничен необходимостью выбора степени измельчения материала, для того чтобы обеспечить возможность выщелачивания ценных минералов без излишнего расхода реагентов при более мелком размере частиц.
Настоящее изобретение также частично основано на понимании того, что микроволновая энергия, в частности микроволновая энергия большой мощности, может быть использована для селективного формирования микротрещин в частицах руды, что заставляет частицы, восприимчивые для последующего измельчения при уменьшении размера частиц, имеющих микротрещины, сохранять оптимальный размер при последующей переработке руды. Это особенно важно в тех случаях, когда частицы руды, содержащие ценные компоненты, такие как металлы, минералы или драгоценные камни, испытывают самое сильное воздействие при обработке микроволновой энергией и преимущественно дробятся на частицы более мелких размеров, чем остальные частицы руды, тем самым позволяя отделять ценные более мелкие частицы от оставшихся более крупных частиц простыми физическими способами. Это также важно и в обратных ситуациях, когда нежелательный материал проявляет склонность к разрушению при воздействии микроволновой энергии.
В некоторых случаях частицы руды, которые взаимодействуют с микроволнами и разрушаются, могут содержать нежелательные примеси и могут быть отделены для повышения ценности большей части руды, например, как в случае с железными рудами, где данный способ может быть использован для удаления загрязняющих примесей, таких как фосфор и алюминий.
Термин «микроволновая энергия» в данном описании означает электромагнитное излучение, имеющее частоты 0,3-300 ГГц.
Последующая переработка частиц руды может включать их кучное выщелачивание.
В качестве дальнейшего примера, последующая переработка частиц руды может включать их измельчение с целью уменьшения размера частиц для придания им оптимального размера для последующей переработки руды. Такая стадия особенно подходит для руд, продуктом которых не является тонкоизмельченный порошок, например железная руда и алмазы. Она также может оказаться выгодной для снижения количества руды, которая должна быть мелко измельчена с целью получения готового продукта в том случае, когда состав других фракций может быть непосредственно определен, а компоненты отделены в сухом состоянии. Для применения в сочетании с обработкой микроволновой энергией особенно подходят системы немедленного анализа, такие как индуцируемая лазером флуоресценция, дифракция рентгеновских лучей с активацией нейтронами.
Данный способ может включать просеивание частиц руды перед воздействием на них микроволновой энергией для обеспечения предпочтительного распределения частиц по крупности с целью последующей обработки микроволновой энергией.
Данный способ предпочтительно включает просеивание частиц руды перед воздействием на них микроволновой энергией с целью удаления мелких частиц руды.
Данный способ предпочтительно включает воздействие на частицы руды импульсов микроволновой энергии.
В этом отношении настоящее изобретение также частично основывается на понимании того, что применение коротких импульсов позволяет воздействовать на частицы руды очень мощными электрическими полями в простой, намного более эффективной физической установке, при этом общее количество энергии, затрачиваемое на обработку частиц, контролируется при помощи количества и продолжительности импульсов, обеспечивая целесообразный выход. В частности, такое решение может быть использовано при обработке некоторых частиц руды, для обеспечения достаточного микрорастрескивания которых необходима мощная энергия и которые при непрерывной обработке микроволнами должны продвигаться через микроволновое поле очень быстро, чтобы избежать излишнего воздействия и в то же время получить желательное быстрое локализованное нагревание и микрорастрескивание, при этом могут существовать ограничения мощности используемых микроволн, а также необходимость применения сложного и дорогостоящего оборудования для осуществления обработки.
Руду предпочтительно подвергают воздействию микроволн в полости-резонаторе, например, описанной в заявке на международный патент WO 02092162 на имя University of Stellenbosch, при этом происходит усиление мощности электрического поля с целью дальнейшего улучшения эффективности воздействия и получения максимального микрорастрескивания. Указанная международная заявка приведена здесь в качестве ссылки.
Микроволновая энергия в импульсах предпочтительно имеет большую мощность, обеспечивая быстрое нагревание восприимчивых минералов в руде.
Термин «большая мощность» в данном описании означает мощность, по существу превышающую мощность обычных бытовых микроволн, т.е. по существу выше 1 кВт.
Применение импульсной микроволновой энергии сводит к минимуму требования данного способа относительно мощности и обеспечивает максимальное тепловое циклическое воздействие на частицы руды.
В результате правильного подбора производственных условий, импульсная микроволновая энергия сводит к минимуму нагревание частиц руды до температур, при которых происходят изменения в минералогии частиц.
Импульсная микроволновая энергия предпочтительно включает короткие импульсы.
Термин «короткий» в данном описании означает, что продолжительность каждого импульса составляет менее 1 секунды.
Продолжительность импульса предпочтительно составляет менее 0,1 секунды.
Более предпочтительно, продолжительность импульса составляет менее 0,001 секунды.
Продолжительность времени между импульсами микроволновой энергии может быть настроена нужным образом в зависимости от ряда факторов. Одним из факторов в ряде случаев является избежание ненужного нагревания массы частиц руды, которое может вызвать изменение состава руды. Период времени между импульсами предпочтительно в 10-20 раз дольше, чем продолжительность импульса.
Частицы могут быть подвергнуты воздействию одного или нескольких импульсов для обеспечения желаемого уровня микрорастрескивания. Обработка может быть осуществлена в одной установке, способной посылать микроволновую энергию в виде импульсов. Она также может быть осуществлена в установке, имеющей несколько точек воздействия, расположенных с определенными интервалами на пути движения руды, при этом каждая точка посылает свою собственную микроволновую энергию в виде импульсов или непрерывно.
В том случае, если последующая переработка руды представляет собой ее кучное выщелачивание, основной целью обработки частиц руды микроволновой энергией являются структурные изменения в частицах руды с целью улучшения доступа выщелачивающего раствора к частицам руды.
Улучшенный доступ выщелачивающего раствора может быть результатом дробления частиц руды на более мелкие частицы.
Однако в соответствии с изобретением предпочтительно, если улучшенный доступ выщелачивающего раствора является результатом структурного ослабления частиц руды, улучшающего пористость частиц и не вызывающего их существенного дробления.
Улучшение пористости благодаря воздействию микроволновой энергии позволяет использовать при кучном выщелачивании данного типа руды частицы большего размера, чем обычно для указанного типа руды.
Ширина диапазона размера частиц, подвергаемых обработке микроволновой энергией, может влиять на уровень измельчения частиц. В частности, частицы с более широким распределением по крупности более подвержены дроблению, чем частицы с более узким указанным распределением.
Частицы руды предпочтительно включают восприимчивые и невосприимчивые к микроволнам компоненты, при этом улучшенный доступ выщелачивающего раствора является результатом структурных изменений на границе между восприимчивыми и невосприимчивыми к микроволнам компонентами руды.
Руды, представляющие особый интерес для заявителя, включают руды, содержащие ценные металлы, при этом ценные металлы составляют часть восприимчивых к микроволнам компонентов руд.
Руды предпочтительно представляют собой руды, в которых ценный металл присутствует в виде сульфида.
Особый интерес для заявителя представляют содержащие медь руды, в которых медь присутствует в виде сульфида, такого как халькопирит или халькоцит.
Интерес для заявителя представляют также содержащие никель руды, в которых никель присутствует в виде сульфида.
Интерес для заявителя также представляют содержащие уран руды.
Интерес для заявителя также представляют руды, содержащие железные минералы, в которых некоторые из железных минералов имеют диспропорционально высокий уровень нежелательных примесей.
Интерес для заявителя также представляют алмазные руды, в которых руда включает смесь содержащих алмазы минералов и алмазных нерудных минералов, таких как кварц.
Основной размер частиц руды, подвергаемых воздействию микроволновой энергии, предпочтительно составляет 15 и менее см.
Длина волны микроволновой энергии и продолжительность воздействия могут быть выбраны в зависимости от соответствующих факторов.
Соответствующими факторами могут являться: вид руды, размер частиц, распределение частиц по крупности, а также требования к последующей переработке руды.
Данный способ включает любые подходящие стадии для обработки руды микроволновой энергией.
Один из подходящих вариантов включает свободное падение руды на желоб для переноса, установленный после генератора микроволновой энергии.
Вариант со свободным падением является предпочтительным вариантом при принудительной подаче в условиях добычи полезных ископаемых из-за проблем с транспортировкой материалов, зачастую возникающих в горнодобывающей промышленности.
Данный способ предпочтительно включает транспортировку руды к входу желоба для переноса на конвейере и транспортировку обработанной микроволнами руды от выхода желоба для переноса на конвейере.
В соответствии с настоящим изобретением также разработан способ выделения ценных компонентов, таких как металл, из руды, включающий следующие стадии:
(a) обработку частиц руды воздействием микроволновой энергии, вызывающей структурное изменение частиц руды, при этом структурное изменение частиц руды является результатом различного теплового расширения минералов в частицах руды вследствие воздействия микроволновой энергии, что приводит к образованию в указанных частицах участков с большим напряжением/натяжением и к микрорастрескиванию и другим физическим изменениям в частицах руды; и
(b) переработку обогащенных частиц руды для получения ценных компонентов.
Стадия переработки может представлять собой любую подходящую стадию, такую как выщелачивание обработанных частиц руды, например кучное выщелачивание, или измельчение, а затем физическое разделение частиц руды на различные по размеру фракции.
Далее настоящее изобретение описано с помощью примера со ссылкой на прилагаемый чертеж, представляющий собой технологическую схему последовательности стадий предпочтительного варианта осуществления способа выделения ценного компонента в виде меди из содержащих медь руд, в которых медь присутствует в виде таких минералов, как халькопирит или халькоцит.
Со ссылкой на технологическую схему частицы руды подают в первичную дробилку 1 и дробят до размера частиц 10-15 см.
Раздробленные частицы, выгруженные из первичной дробилки 1, подают по конвейеру (или с помощью иного подходящего транспортного средства) на участок 3 для обработки микроволновой энергией и обеспечивают возможность их свободного падения после генератора микроволновой энергии (не показан), подвергающего частицы руды воздействию сильных импульсов микроволновой энергии.
Микроволновая энергия вызывает сильное локализованное нагревание восприимчивых компонентов руды, таких как минералы халькопирит и халькоцит, в руде, при этом разница величин теплового расширения компонентов руды приводит к образованию в частицах руды участков с большим напряжением/натяжением и вызывает образование микротрещин в частицах, особенно частицах, содержащих такие минералы, как халькопирит и халькоцит.
Рабочие условия, такие как уровень энергии, продолжительность импульса и длительность воздействия выбирают таким образом, чтобы локализованное нагревание оказывало минимальное влияние или не оказывало вовсе никакого влияния на состав частиц руды и не вызывало их катастрофического измельчения. С учетом последнего замечания целью стадии обработки микроволновой энергией в большинстве случаев является получение микротрещин, ослабляющих, но не разрушающих частицы. Как правило, при подаче частиц размером 10-15 см большая часть выходящих частиц имеет размер 1-15 см, при этом существенная часть выходящих частиц имеет размер более 5 см.
В зависимости от обстоятельств обработанные микроволнами руды подают на участок для кучного выщелачивания 5 и подвергают выщелачиванию для выделения меди в раствор, либо на участок для измельчения 7, где их подвергают дальнейшему дроблению и, при необходимости, размалыванию с целью селективного уменьшения размера частиц. Микротрещины в частицах руды улучшают доступ выщелачивающего раствора на стадии кучного выщелачивания и снижают затраты энергии, необходимые для получения оптимального интервала размера частиц на последующих стадиях дробления и размалывания.
В частности, при обработке руд, содержащих такие минералы как халькопирит и халькоцит, в которых ценные металлы сконцентрированы в восприимчивых материалах, в результате осуществления стадий дробления и размалывания получают фракцию с частицами меньших размеров, имеющую относительно высокую концентрацию ценных металлов, и фракцию с частицами больших размеров, содержащую неценный материал.
Размолотую руду с участка для измельчения 7 подают в физический сепаратор 9, разделяющий фракции с большим и меньшим размером частиц с целью облегчения выделения меди из фракции с меньшим размером частиц.
Вышеописанный предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения может быть подвергнут многочисленным модификациям без нарушения сущности и объема данного изобретения.
1. Способ обработки частиц руды для облегчения их последующей переработки при выделении из руды ценных компонентов, включающий обеспечение частиц руды с основным размером 15 и менее сантиметров, воздействие на частицы руды импульсами микроволновой энергии с продолжительностью каждого импульса менее 1 с для обеспечения структурного изменения частиц руды без существенного изменения минералогии и состава руды вследствие различного теплового расширения минералов в частицах руды под воздействием микроволновой энергии и для образования в частицах руды участков с большим напряжением/натяжением и микрорастрескивания.
2. Способ по п.1, в котором осуществляют воздействие на частицы руды микроволновой энергией, вызывающей в них структурные изменения без полного разрушения частиц руды.
3. Способ по п.1 или 2, в котором осуществляют просеивание частиц руды перед воздействием на них микроволновой энергией с целью обеспечения предпочтительного распределения частиц по крупности для последующей обработки микроволновой энергией.
4. Способ по п.1, в котором осуществляют просеивание частиц руды перед воздействием на них микроволновой энергией с целью удаления мелких частиц руды.
5. Способ по п.1, в котором осуществляют импульсное воздействие микроволновой энергией высокой мощности для обеспечения быстрого нагревания восприимчивых минералов в руде.
6. Способ по п.1, в котором продолжительность импульса составляет менее 0,1 с.
7. Способ по п.6, в котором продолжительность импульса составляет менее 0,001 с.
8. Способ по п.1, в котором частицы руды содержат восприимчивые и невосприимчивые к микроволнам компоненты, при этом ценные компоненты в руде представляют собой металлы, которые составляют часть восприимчивых к микроволнам компонентов руды.
9. Способ по п.1, в котором руда представляет собой руду, в которой ценные компоненты включают металлы в виде сульфида.
10. Способ по п.9, в котором руда представляет собой содержащую медь руду, в которой медь присутствует в виде сульфида, такого как халькопирит или халькоцит.
11. Способ по п.9, в котором руда представляет собой содержащую никель руду, в которой никель присутствует в виде сульфида.
12. Способ по п.9, в котором руда представляет собой содержащую уран руду.
13. Способ по п.1, в котором руда представляет собой руду, в которой ценные компоненты содержат железо, при этом указанная руда содержит железные минералы, некоторые из которых имеют диспропорционально высокий уровень нежелательных примесей.
14. Способ по п.1, в котором руда представляет собой алмазную руду, при этом указанная руда включает смесь содержащих алмазы минералов и алмазных нерудных минералов, таких как кварц.
15. Способ по п.1, в котором осуществляют транспортировку руды к входу желоба для переноса на конвейере и транспортировку обработанной микроволнами руды от выхода желоба для переноса на конвейере.
16. Способ обработки частиц руды для облегчения их последующей переработки при выделении из руды ценных компонентов, включающий обеспечение частиц руды с основным размером 15 и менее сантиметров, воздействие на частицы руды импульсами микроволновой энергии с продолжительностью каждого импульса менее 1 с для обеспечения структурного изменения частиц руды без полного измельчения частиц вследствие различного теплового расширения минералов в частицах руды под воздействием микроволновой энергии и для образования в частицах руды участков с большим напряжением/натяжением и микрорастрескивания.
17. Способ по п.16, в котором осуществляют воздействие импульсами микроволновой энергии высокой мощности, обеспечивая быстрое нагревание восприимчивых к излучению минералов в руде.
18. Способ по п.16, в котором продолжительность импульса составляет менее 0,1 с.
19. Способ по п.18, в котором продолжительность импульса составляет менее 0,001 с.
20. Способ выделения ценных металлов из руды, включающий следующие стадии: (а) обеспечение частиц руды с основным размером 15 и менее сантиметров, (b) обработку частиц руды воздействием на них импульсами микроволновой энергии с продолжительностью каждого импульса менее 1 с для обеспечения структурного изменения частиц вследствие различного теплового расширения минералов в частицах руды под воздействием микроволновой энергии и для образования в указанных частицах участков с большим напряжением/натяжением и микрорастрескивания, (с) переработку частиц руды для извлечения ценных металлов.
