Оптимизация состава и режима применения реагентов-модификаторов спектральных характеристик алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации

Одним из направлений повышения эффективности процессов обогащения алмазосодержащих кимберлитов является применение технологии, способствующей извлечению слабо и аномально люминесцирующих алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации с применением люминофорсодержащих реагентов. Задача исследований заключалась в выборе рационального состава реагентов-модификаторов спектральных характеристик минералов и режима их применения. Основным условием эффективности процесса является интенсивное закрепление реагентов-модификаторов на кристаллах алмазов без аналогичного закрепления на поверхности кимберлита, что обеспечивается применением органических коллекторов оптимального состава, характеризующихся способностью как адгезионно закрепляться на поверхности алмазов, так и удерживать зерна неорганических люминофоров. Оценка эффективности закрепления люминофоров выполнена с использованием методики визиометрического анализа в УФ излучении. Оценка способности алмазов удерживать на поверхности капли или пленки коллектора с люминофорами выполнена с использованием методики измерения величины трехфазного краевого угла смачивания. Спектрально-кинетические характеристики алмазов и их извлечение в процессе рентгенолюминесцентной сепарации были определены на сепараторе «Полюс-М». В результате проведенных исследований установлена возможность целенаправленного модифицирования спектральных характеристик слабо и аномально светящихся алмазов люминофорсодержащими композициями на основе сульфидов цинка и ортосиликата цинка. С использованием критерия селективности закрепления люминофорсодержащей эмульсии на алмазах и минералах кимберлита, рассчитываемого по величинам измеренных поверхностных концентраций люминофоров на минералах, определены оптимальные соотношения между массами неорганического люминофора, органического коллектора и водной фазы применяемой эмульсии. Выбраны реагенты-диспергаторы, обеспечивающие селективное закрепление люминофоров на алмазных кристаллах. Установлены рациональные параметры состава органического коллектора. Определены границы температурного режима процесса обработки алмазосодержащего материала. В результате стендовой апробации реагентов модификаторов выбранного состава и режимов их применения в цикле обработки алмазосодержащего материала перед процессом РЛС установлена возможность достижения извлечения аномально и слабо люминесцирующих алмазов более чем на 90 % при значениях выхода кимберлита в концентрат, не превышающих 1 %.

1. Миронов В. П. Оптическая спектроскопия алмазов из концентратов и хвостов рентгенолюминесцентной сепарации. Наука и образование. 2006;(1)31–36.

2. Мартынович Е. Ф., Миронов В. П. Рентгенолюминесценция алмазов и ее использование в алмазодобывающей промышленности. Известия вузов. Физика. 2009;52(12/3):202–210.

3. Чантурия В. А., Двойченкова Г. П., Морозов В. В. и др. Исследование механизма и выбор режимов селективного закрепления люминофорсодержащей эмульсии на алмазах. Физико-технические проблемы переработки полезных ископаемых. 2020;(1):104–113. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20200111 (Перев. вер.: Chanturia V. A., Dvoichenkova G. P., Morozov V. V. et al. Selective attachment of luminophore-bearing emulsion at diamonds-mechanism analysis and mode selection. Journal of Mining Science. 2020;56(1):96–103. https://doi.org/10.1134/S1062739120016527)

4. Морозов В. В., Чантурия В. А., Двойченкова Г. П., Чантурия Е. Л. Анализ гидрофобных взаимодействий в системе «алмаз-органическая жидкость-неорганический люминофор» при модифицировании спектрально-кинетических характеристик алмазов. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2022;(2):94–104. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20220209 (Перев. вер.: Morozov V. V., Chanturia V. A., Dvoichenkova G. P., Chanturia E. L. hydrophobic interactions in the diamond–organic liquid– inorganic luminophore system in modification of spectral and kinetic characteristics of diamonds. Journal of Mining Science. 2022;58(2):257–266. https://doi.org/10.1134/s1062739122020090)

5. Подкаменный Ю. А., Макалин И. А. Обоснование совокупности спектрально-кинетических параметров рентгенолюминесцентных сепараторов для селективного извлечения алмазных кристаллов. В: Проблемы комплексной и экологически безопасной переработки природного и техногенного минерального сырья (Плаксинские чтения – 2021). Владикавказ: Северо-Кавказский горно-металлургический институт (Государственный технологический университет); 2021. С. 341–345.

6. Kondratyev S. A. Effect of Apolar Reagents and Surfactants on the Stability of a Flotation Complex Journal of Mining Science. 2000;36(4):399–407. https://doi.org/10.1023/A:1026697811202

7. Пентин Ю. А., Вилков Л. В. Физические методы исследования в химии. М: Мир; 2003.

8. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде Matlab. М.: Техносфера; 2006. 616 с. (Orig. ver.: Gonzales R. C., Woods R. E., Eddins S. L. Digital image processing using MATLAB. Prentice Hall; 2004.)

9. Горобец Б. С., Рогожин А. А. Спектры люминесценции минералов. М.: Изд-во ВИМС; 2001. 316 с.

10. Huhtamäki T., Tian X., Korhonen J. T., Ras R. H. A. Surface-wetting characterization using contact-angle measurements. Nature Protocols. 2018;13:1521–1538. https://doi.org/10.1038/s41596-018-0003-z

11. Сепаратор «Полюс-М». Паспорт и инструкция по эксплуатации. СПб.: АО «Буревестник»; 2015. 134 с.

12. Mironov V. P., Emelyanov A. S, Shabalin S. A. et al. X-Ray luminescence in diamonds and its application in industry. In: Luminescence and Laser Physics: XVII International Conference on Luminescence and Laser Physics – LLPh 2019. 1–6 July, 2019. Irkutsk, Russia. 2021;2392(1):020010. https://doi.org/10.1063/5.0061972

13. Liu L., Cheng G., Yu W., Yang Ch. Flotation collector preparation and evaluation of oil shale. Oil Shale. 2018;35(3):242–251. https://doi.org/10.3176/oil.2018.3.04

14. Морозов В. В., Коваленко Е. Г., Двойченкова Г. П., Чуть-Ды В. А. Выбор температурных режимов кондиционирования и флотации алмазосодержащих кимберлитов компаундными собирателями. Горные науки и технологии. 2022;7(4):287–297. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2022-10-23

15. Верхотурова В. А. Елшин И. В., Немаров А. А. и др. Научное обоснование и выбор оптимального варианта по восстановлению гидрофобных свойств поверхности алмазов из руды трубки «Интернациональная». Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014;(8):51–56.

16. Авдохин В. М., Чернышева Е. Н. Современные технологии обогащения алмазосодержащих кимберлитов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2010;(S1):465–477.

17. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир; 1979. 568 с. (Orig. ver.: Adamson A. W. Physical chemistry of surfaces. New York: Wiley; 1976. 698 p.)

18. Srdjan M. Bulatovic, in Handbook of Flotation Reagents: Chemistry, Theory and Practice i 2007. Elsevier, 458 p.https://doi.org/10.15372/FTPRPI20230311

19. Somasundaran P., Zhang L. Adsorption of surfactants on minerals for wettability control in improved oil recovery processes. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2006;52(1–4):198–212. https://doi.org/10.1016/J.PETROL.2006.03.022

20. Lee H., Lim H.-K., Kim H. Hydration Thermodynamics of non-polar aromatic hydrocarbons: comparison of implicit and explicit solvation models. Molecules. 2018;23(11):2927. https://doi.org/10.3390/molecules23112927

21. Афанасова А. В., Абурова В. А., Прохорова Е. О., Лушина Е. А. Исследование влияния депрессоров на флотоактивные породообразующие минералы при флотации сульфидных золотосодержащих руд. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(6–2):161–174. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_62_0_161

22. Chmielewská E., Hodossyová R., Kovaľaková M., Urík M. Comparable phosphate adsorption onto some natural aluminosilicates vs. Fe(III)oxihydroxide. Desalination and Water Treatment. 2016;(16):7387–7395. https://doi.org/10.1080/19443994.2015.1017008

23. Туманян Б. П. Научные и прикладные аспекты теории нефтяных дисперсных систем. М.: Техника; 2000. 336 с.

24. Полежаева Н. И. Физико-химия нефтяных дисперсных систем. Термодинамика и кинетика фазовых переходов в нефтяных дисперсных системах. Красноярск: СибГУ им. М. Ф. Решетнева; 2021. 94 с.

25. Земцов Ю. В., Мазаев В. В. Современное состояние физико-химических методов увеличения нефтеотдачи: литературно-патентный обзор. Екатеринбург: ООО «Издательские решения»; 2021. 240 с.

26. Лунев В. А. Математическое моделирование и планирование эксперимента. СПб.: Изд-во Политехнического университета; 2012. 153 с.