КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 22-79-10290

НазваниеСоздание новых гидрометаллургических процессов вскрытия золотосодержащего рудного и техногенного сырья двойной упорности

РуководительРогожников Денис Александрович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2022 - 06.2025 

Конкурс№71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-204 - Равновесие и кинетика процессов в химически реагирующих системах

Ключевые словаГидрометаллургия, дважды упорное сырье, благородные металлы, сульфидные минералы, сорбционно-активный углерод, экология, кинетика, нейросети.

Код ГРНТИ53.37.33, 53.03.13, 53.01.91

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Целью планируемых исследований является изучение физико-химических закономерностей и механизмов вскрытия дважды упорного сульфидного сырья, содержащего цветные и благородные металлы, в присутствии катализаторов, коагулянтов, поверхностно-активных веществ; влияния данных процессов на сорбционную активность природного углистого вещества, также в зависимости от комплексообразующих агентов и состава раствора применимых для растворения золота; установления новых форм осаждения мышьяка из образующихся растворов в виде труднорастворимых нетоксичных соединений; поиска способов интенсификации извлечения благородных металлов, что позволит дополнить фундаментальные основы процессов гидрохимического вскрытия подобных упорных материалов, содержащихся в перерабатываемом сырье горно-металлургического комплекса России и мира. Актуальность предлагаемого проекта заключается в необходимости разработки новых эффективных способов переработки подобных упорных материалов, т.к. вследствие истощения запасов руд богатых полезных ископаемых и ухудшения качества перерабатываемого сырья действующие технологии не могут быть эффективными и рентабельными при переработке такого сырья как с технико-экономической, так и экологической точек зрения. Даже современные высокоинтенсивные методы, применяемые для вскрытия сульфидной матрицы золотовмещающих минералов, такие как сверхтонкое измельчение, бактериальное выщелачивание, высокотемпературное автоклавное выщелачивание, далеко не всегда позволяют достигать приемлемых показателей по извлечению благородных металлов, ввиду наличия в сырье природного углистого вещества, проявляющего сорбционную активность к комплексам золота, с образованием вторичных сульфидов, соединений цветных металлов, железа, мышьяка и элементной серы, увеличивающих расход реагентов и затрудняющих их доступ к поверхности благородных металлов. В рамках выполнения проекта планируется получить новые данные об особенностях морфологического и кристаллического строения изучаемых упорных материалов: закономерности распределения и дисперсность благородных металлов в сульфидных минералах и углистых веществах, особенности и закономерности взаимного замещения металлов и других соединений в сульфидных матрицах компонентов сырья. Впервые будут получены новые физико-химические закономерности поведения исследуемых моносульфидов посредством проведения расчетов термодинамики изучаемых процессов, построением термодинамических моделей вероятных реакций в рассматриваемых гетерогенных системах, выявлением оптимальных вероятных условий проведения процессов. Будут получены новые модели, определяющие количественное соотношения форм возможных комплексных соединений в жидкой фазе в зависимости от концентрации различных комплексообразователей и ионов цветных металлов в растворе. Впервые будет установлено влияние активирующих добавок на механохимическую активацию, гидрофильно-олеофильных свойств ПАВ на показатели измельчения и механоактивации, выщелачивание золотосодержащих моносульфидов и реального упорного сульфидного сырья, в том числе прошедших предварительную дезинтеграцию. Будут получены новые сведения об адсорбции применяемых ПАВ и их влиянии на смачиваемость и измельчаемость минералов, природного углистого вещества, его сорбционной активности, что позволит создать уникальную модель, позволяющую подбирать ПАВ индивидуально для конкретного сульфидного сырья. Будут получены новые данные о влиянии на кинетику и особенности механизмов растворения изучаемых моносульфидов и содержащих их концентратов – коагулянтов, ионов катализаторов. На основании комплекса исследований составов и строения твердых продуктов выщелачивания будут доказаны новые поверхностные явления, влияющие на механизмы процесса вскрытия сульфидов и последующего растворения благородных металлов, их влияние на сорбционную активность природных углей и форму сорбированных соединений. Научная новизна работы также будет заключаться в получении новых данных по сорбции различных ПАВ, ионов цветных металлов и золота из растворов углями и реальными концентратами, промпродуктами, содержащими природное углистое вещество. Впервые будут определены лимитирующие стадии сорбции и механизмы разрабатываемых процессов. Будут созданы уникальные модели на основе нейронных сетей, позволяющие отследить скрытое влияние характеристик минералов и параметров процессов на эффективность извлечения ценных компонентов в раствор и сорбционную активность природного углистого вещества путем использования методов глубокого и стохастического обучения сетей. На основе выполненного комплекса экспериментальных и теоретических исследований будут разработаны новые научно-обоснованные процессы вскрытия сульфидных материалов, позволяющие в зависимости от составов, строения, природы образования и пр. вовлекаемого в переработку рудного или техногенного сырья подбирать условия, обеспечивающие высокие показатели технико-экономической эффективности и экологичности производства при внедрении полученных теоретических и экспериментальных результатов в реальном секторе экономики (на металлургических предприятиях).

Ожидаемые результаты
1. Новые физико-химические закономерности выщелачивания исследуемых моносульфидов. Эти данные позволят определить оптимальные условия проведения процессов выщелачивания как самих моносульфидов, так и отдельных ценных компонентов, а также типы и свойства образующихся комплексов и их распределение в гетерогенных системах в зависимости от параметров процесса. 2. База данных изучаемых упорных сульфидных материалов, которая позволит получать сведения о составах и строении изученных минералов, о форме нахождения в них углистого вещества, их минералогическом и кристаллическом строении. Минералы будут распределены по соответствующим группам, что позволит классифицировать реальные сульфидные концентраты по степени упорности входящих в их состав минералов в зависимости от их содержания в конкретном виде сырья и выбирать наиболее подходящие способы переработки. 3. Основные параметры проведения разрабатываемых процессов выщелачивания и результаты аналитических исследований поверхностных явлений на твердых продуктах выщелачивания и природном углистом веществе. Указанные данные позволят максимизировать извлечение ценных компонентов в продукты выщелачивания, а также разработать научно-обоснованные предложения по устранению негативного влияния природной сорбционной активности угля, образующихся пленок, осадков на кинетику изучаемых процессов. 4. Общие кинетические уравнения и кинетические модели для процессов выщелачивания каждого исследуемого природного моносульфида в присутствии катализаторов и коагулянтов. Эти данные позволят выявить влияние ионов катализаторов и коагулянтов, а также параметров процесса на скорость растворения и выявить лимитирующие факторы и механизмы изучаемых процессов на разных стадиях выщелачивания. Будут получены данные о кинетических характеристиках, а также о влиянии указанных добавок на состав и свойства получаемых продуктов. Совокупность указанных данных позволит нивелировать негативное влияние плёнок и механизма природной сорбционной активности на последующие процессы выщелачивания золота. 5. Новые данные о селективных к изучаемым сульфидным минералам ПАВ, которые дадут возможность применять наиболее эффективные из них в процессах выщелачивания реальных сульфидных концентратов с целью максимизации извлечения ценных компонентов. 6. Новые сведения о влиянии ПАВ на процессы механоактивации отдельных сульфидных минералов и углистых веществ, которые позволят обосновать необходимость применения процессов механоактивации к конкретным промышленным концентратам, содержащим сульфиды и углеродную матрицу, а также спрогнозировать эффективность применения ПАВ. 7. Общие кинетические уравнения и кинетические модели для процессов выщелачивания каждого исследуемого природного моносульфида в присутствии ПАВ, которые позволят сформулировать научно-обоснованные предложения по устранению влияния пленок, паразитной сорбции металлов, образующихся осадков и т.д. на процессы растворения благородных металлов. 8. Обобщенные кинетические уравнения для определения скорости окисления и осаждения мышьяка из растворов выщелачивания в различных средах, которые позволят определить механизмы влияния ионов и ПАВ на скорость формирования, осаждения арсенатов железа и их минералогию. Полученные данные о токсичности образующихся соединений мышьяка позволят сформулировать рекомендации по выведению их из технологических процессов в формах, наиболее пригодных для захоронения. 9. Новые данные о кинетике и механизме сорбции различных комплексов цветных и благородных металлов, ПАВ на углях, в том числе на природном углистом веществе до и после вскрытия сульфидных минералов. Эти данные позволят определить наиболее эффективные ПАВ для пассивации поверхности углистых веществ. 10. Уникальные модели, позволяющие с помощью обучающихся нейронных сетей прогнозировать взаимное влияние интенсифицирующих факторов (выщелачивающая среда, используемые окислители и катализаторы, ПАВ и т.д.) на показатели вскрытия сырья и последующего извлечения благородных металлов. 11. Новые гидрометаллургические процессы вскрытия упорного рудного и техногенного сырья цветных металлов. Их использование позволит достигать высокого извлечения ценных компонентов при переработке сырья с широким диапазоном составов, свойств и характеристик (включая упорное сырье) на реальных металлургических предприятиях. 12. Публикации результатов научных исследований в трудах (тезисах докладов) международных и (или) всероссийских конференций, научных статьях в зарубежных журналах, индексируемых в базах данных Scopus/Web of Science (всего – не менее 15, из них Q1-Q2 – не менее 8), индексируемых РИНЦ (не менее 30), с обязательной ссылкой на проведение научно-исследовательской работы, поддержанной РНФ. Оформление прав на результаты интеллектуальной деятельности, полученные в ходе выполнения проекта (не менее 1). Написание монографии по обозначенной проблематике проекта (не менее 1).

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1. Выполнены исследования физико-химических закономерностей поведения золотосодержащих сульфидных минералов (пирит, арсенопирит, пирротин, халькопирит, теннантит, сфалерит, стибнит) в условиях азотнокислого и автоклавного сернокислого выщелачивания. Определены окислительные условия, режимы температур и давлений для вскрытия реального упорного сырья, в зависимости от его минерального состава. Впервые установлены термодинамические условия эффективного совместного растворения сульфидных медных (халькопирит, теннантит) и железных (арсенопирит, пирротин) минералов: окислительный потенциал системы ≥ 0,65 В, pH < 1,5, температура 80-90 0С. 2. Растворение стибнита в исследуемых окислительных условиях протекает с образованием малорастворимых оксидных соединений сурьмы, которые в дальнейшем значительно ухудшают показатели цианидного извлечения благородных металлов. Построена термодинамическая модель системы Au-Sb-S-H2O, позволившая установить эффективные условия разделения Sb и Au при переработке золото-сурьмянистого сырья: pH ≥ 13 при соотношении молярных концентраций (Sb)/(S) ≤ 0,25. 3. Выявлены условия увеличения степени извлечения золота на стадии цианирования при переработке золотосодержащего сульфидного медного сырья. Установлено, что в растворах при pH 5-7 возможно образование комплекса Cu(CN)2-, препятствующего растворению Au из-за низкой концентрации свободного цианида и образования пассивирующего слоя AuCN-CuCN на поверхности золота. При pH > 7 образуются высшие комплексы Cu(CN)32-, способные растворять Au и не препятствующие его сорбции на активированный уголь. 4. Впервые получена термодинамическая модель системы Au-Ag-Cl-N-H2O, позволяющая эффективно управлять протекающими реакциями и образованием необходимых продуктов при вовлечении в переработку Au-Ag упорного сырья. При поддержании потенциала системы не менее 0,9 В и рН < 9 золото и серебро могут совместно переходить в раствор выщелачивания в виде AuCl4- и AgNO3. 5. Показано, что азотнокислотное выщелачивание золотосульфидных руд может быть эффективно при переработке углеродистого сырья, поскольку обработка азотной кислотой приводит к дезактивации углистого вещества (УВ), что позволяет снизить адсорбцию золота. Кроме того, поверхностно-активные вещества (ПАВ) – лигносульфонаты (ЛС) – способны образовывать плотный адсорбционный слой на поверхности раздела фаз «Ж-Т», могут адсорбироваться на поверхности УВ в виде многослойного покрытия, при этом занимая порядка 20 % общей поверхности частицы; попадая в микропоры частицы, ЛС способен ее разрушить. Предложен механизм окисления и пассивации природного углистого вещества, содержащегося в золотосодержащем сульфидном сырье двойной упорности, при воздействии на него азотной кислоты и ЛС. 6. Получены новые данные о химическом, фазовом, минеральном, гранулометрическом составах 8 исследуемых упорных золотосодержащих сульфидных концентратов, характеризующихся различным содержанием Au 17,5-84,8 г/т, Сорг 0,1-11,9 %, а также золотоносных минералов. Результаты выполненных анализов ИК-спектроскопии, удельной поверхности и диаметра пор исходного сырья и кеков азотнокислотного выщелачивания в отсутствие и присутствии ЛС позволили подтвердить возможность окисления УВ и снижения адсорбции золота на нем при дальнейшем цианировании. 7. Проведены исследования азотнокислотного растворения отдельных природных минералов пирита, теннантита, халькопирита, сфалерита и арсенопирита. Установлена последовательность по степени упорности исследуемых минералов в условиях азотнокислотного растворения: CuFeS2 > FeAsS > Cu12As4S13 > FeS2 > ZnS. Установлены параметры эффективного растворения данных минералов в диапазоне 92,1-99,7 % по мере снижения степени упорности сульфидов в выявленной последовательности. 8. Разработана двухстадийная технология переработки упорного золото-сурьмянистого концентрата Олимпиадинского месторождения, основанная на селективном сульфидно-щелочном выщелачивании сурьмы с последующим растворением золотоносных пирита и арсенопирита в азотнокислых средах. Установлены оптимальные параметры каждой стадии, обеспечивающие извлечение Sb на уровне 99 % и сквозное извлечение Au на уровне 95 %. 9. Разработан новый метод повышения извлечения серебра при автоклавной переработке Au-Ag упорных концентратов в присутствии гипса, выступающего в роли коагулянта. Установлено, что извлечение серебра возрастает с повышением начальной концентрации серной кислоты и снижается при увеличении расхода гипса выше 0,1 г/г, причем понижение содержания сульфатной серы, не связанной с гипсом, способствует повышению извлечения серебра с 20 до 95 %. 10. Проведены комплексные исследования, направленные на установление механизма действия ПАВ в условиях, моделирующих автоклавное выщелачивание сульфидного сырья цветных металлов. Выполнена оценка влияния основных параметров процесса на поверхностные явления на границах Ж – Г, Ж – Т, что позволило охарактеризовать механизм процесса как адсорбционно-расклинивающий. 11. Проведены исследования кинетики азотнокислотного растворения природного минерала халькопирита. Показано, что увеличение температуры и концентрации азотной кислоты, а также уменьшение размера частиц положительно влияют на степень растворения минерала. Рассчитанные по модели сжимающегося ядра (МСЯ) значения энергии активации (55,4 кДж/моль), частные порядки по азотной кислоте (1,62) и размеру частиц (-1,16), выведенное обобщенное кинетическое уравнение для азотнокислотного растворения халькопирита позволили установить, что процесс протекает во внутридиффузионной области. 12. Проведены исследования кинетики азотнокислотного растворения минералов пирита и арсенопирита, являющихся основными носителями золота в кеке сульфидно-щелочного выщелачивания золото-сурьмянистого концентрата Олимпиадинского месторождения. Выполнена оценка степени перехода железа и мышьяка в раствор при изменении температуры (75-85 °C) и концентрации азотной кислоты (10-40 %). Рассчитанные кинетические характеристики процесса для различных исследуемых условий позволили сделать вывод о том, что процесс азотнокислотного растворения золотосодержащих минералов данного сырья переходит из смешанного режима во внутридиффузионный по мере утолщения пленки образующихся продуктов реакций окисления сульфидов на их поверхности. 13. Проведены исследования кинетики автоклавного выщелачивания золото- и серебросодержащего концентрата в присутствии гипса. Показано, что температура имеет наибольшее влияние на степень окисления сульфидов (пирита и арсенопирита), при этом расход гипса эффекта не оказывает, соответственно, гипс не участвует в непосредственном окислении пирита и арсенопирита, а влияет на формирование вторичных фаз железа и мышьяка. Расчет кинетических характеристик по МСЯ свидетельствует о протекании процесса в кинетической области. 14. Исследовано осаждение мышьяка (III) в форме трисульфида As2S3 из модельных растворов азотнокислотного выщелачивания упорного сырья в присутствии окислителей. Установлены эффективные условия процесса: pH 1,7-2,0, мольное отношение NaHS/As = 2,7, затравка As2S3 34 г/дм3 раствора; что обеспечивает степень осаждения As (III) – 99 %.

 

Публикации

1. Головкин Д.И., Дизер О.А., Шкляев Ю.Е., Рогожников Д.А. ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД ДВОЙНОЙ УПОРНОСТИ МЕТАЛЛУРГИЯ ЦВЕТНЫХ, РЕДКИХ И БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ. Сборник докладов XV международной конференции имени члена-корреспондента РАН Геннадия Леонидовича Пашкова. Красноярск, 2022, Красноярск, 06–08 сентября 2022 года, С.113-118 (год публикации - 2022)

2. Дизер О.А., Каримов К.А., Кузас Е.А., Бабинцев А.А., Рогожников Д.А. ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ РАСТВОРЕНИЯ ТЕННАНТИТА, ХАЛЬКОПИРИТА И СФАЛЕРИТА В РАСТВОРЕ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ МЕТАЛЛУРГИЯ ЦВЕТНЫХ, РЕДКИХ И БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ. Сборник докладов XV международной конференции имени члена-корреспондента РАН Геннадия Леонидовича Пашкова. Красноярск, 2022, Красноярск, 06–08 сентября 2022 года, С.256-263 (год публикации - 2022)

3. Каримов К.А.,Дизер О.А., Кузас Е.А., Рогожниов Д.А. Очистка мышьяксодержащих азотнокислых растворов с использованием гидросульфида натрия в присутствии окислителей Цветные металлы, 189/2022 (год публикации - 2023)

4. Луговицкая Т.Н., Рогожников Д.А. Surface Phenomena with the Participation of Sulfite Lignin under Pressure Leaching of Sulfide Materials Langmuir, 2023, 39(16), pp. 5738–5751 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c03481

5. Русалев Р.Э., Рогожников Д.А., Дизер О.А., Головкин Д.И., Каримов К.А. Development of a Two- Stage Hydrometallurgical Technology for Processing Gold-Antimony Concentrate from the Olimpiadinskoe Deposit Materials, - (год публикации - 2023)

6. Третьяк М.А., Каримов К.А., Солиев М.А., Крицкий А.В., Рогожников Д.А. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЕ АВТОКЛАВНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ХАЛЬКОПИРИТА В ПРИСУТСТВИИ ИОНОВ CU (II) И FE (III) МЕТАЛЛУРГИЯ ЦВЕТНЫХ, РЕДКИХ И БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ. Сборник докладов XV международной конференции имени члена-корреспондента РАН Геннадия Леонидовича Пашкова. Красноярск, 2022, Красноярск, 06–08 сентября 2022 года, С.160-167 (год публикации - 2022)

7. Колмачихина Э.Б., Рогожников Д.А., Лобанов В.Г., Каримов К.А., Дизер О.А. СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СУЛЬФИДНОГО СЫРЬЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ -, 2022124712 (год публикации - )

8. - Недорогое и нетоксичное вещество поможет извлекать ценные металлы Indicator.ru, 10:23, 12 МАЯ 2023 (год публикации - )

9. - Извлекать ценные металлы поможет недорогое и нетоксичное вещество poisknews.ru, 11:40, 12 МАЯ 2023 (год публикации - )

10. - Определены условия эффективного извлечения золота и серебра из низкосортных руд https://urfu.ru/, 27 апреля 2023, 12:41 (год публикации - )