способ обработки алмазосодержащих концентратов

Формула изобретения

1. Способ обработки алмазосодержащих концентратов, включающий их высокотемпературную обработку щелочным реагентом, отделение алмазов от продуктов обработки и конечную кислотную очистку, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют смесь насыщенного раствора карбоната натрия с добавкой 3-5 вес.% гидроксида натрия, процесс проводят в автоклаве при температуре 200-400°С в поле ультразвукового излучения, затем охлаждают автоклав и в реакционную массу, содержащую раствор непрореагировавшего карбоната натрия, направляют противоположно силе гравитации поток концентрированных соляной и азотной кислот для создания условий флотационно-гравитационного разделения и отделения алмазов от продуктов обработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для флотационно-гравитационного разделения используют концентрированные кислоты, оставшиеся после конечной очистки алмаза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к отделению алмазов от вмещающих пород и следов технологических процессов обогащения и может найти применение в цехах окончательной доводки алмазосодержащих концентратов на горно-обогатительных комбинатах алмазодобывающих предприятий.

Алмазосодержащий концентрат представляет собой кристаллы алмаза с поверхностными жировыми загрязнениями и сопутствующими различными минералами из вмещающих пород. Процесс отделения алмазов от вмещающих пород и следов технологических процессов обогащения является очисткой алмазов от указанных примесей.

Существующие способы извлечения и очистки алмазов, как правило, включают стадии кислотной и/или щелочной обработки при нагревании и отделение алмазов от продуктов обработки.

Известен способ извлечения мелких кристаллов алмаза из кимберлитовой породы, включающий циклическую обработку породы смесью соляной, серной и плавиковой кислот, отделение алмазокимберлитовой смеси от породы центрифугированием, а после выпаривания непрореагировавшей части кислот, промывки водой алмазокимберлитовой смеси и ее сушки отделение кристаллов алмаза от пустой кимберлитовой породы седиментацией в бромоформе (RU 2057593 С1, 10.04.96). Основным недостатком способа является использование агрессивных сред, особенно плавиковой кислоты, что предъявляет жесткие требования к материалу реакционных сосудов - использование тефлоновых и других дорогостоящих покрытий.

Используются способы высокотемпературной щелочной обработки алмазов и алмазосодержащих продуктов и последующей кислотной обработкой щелочного кека. Известен способ обработки алмазосодержащих концентратов, включающий высокотемпературную обработку щелочным реагентом - сухой щелочью при 480-520°С с предварительным обжигом концентратов с добавкой сухой соли хлорида калия при 450-600°С, отделение алмазов от продуктов обработки водным выщелачиванием, фильтрацией и промывкой водой и конечную кислотную очистку щелочного кека серной кислотой (RU 94027741 А1, 27.06.96).

Стадия термического обжига приводит к графитизации органического вещества в трещинах кристаллов алмаза, что в дальнейшем затрудняет или делает невозможным растворение битуминозных загрязнений. Вторичные фазы водных разностей минералов могут терять воду, при этом даже простые окислы становятся плохо растворимыми при дальнейшей обработке в кислотах. Поэтому последующий процесс кислотной очистки достаточно длителен и требует большого количества различных кислот, включая серную. Кроме того, при проведении высокотемпературной щелочной обработки вероятна опасность химических ожогов щелочными расплавами при попадании воды. Использование агрессивных сред (щелочей и кислот) при высоких температурах предъявляет жесткие требования к материалу используемых аппаратов.

Как указано в работе Верещагина А.Л. и Ларионовой И.И. (Очистка алмазов-aomai.ab.ru/Books/Files/1999-03/HTML/18/pap_18.html), выбор режимов очистки определяется реакционной способностью алмазов и составом содержащихся примесей. Главная задача процессов - выделение целевого продукта с минимальными потерями.

Задачей изобретения является создание способа отделения алмазов от вмещающих пород и следов технологических процессов обогащения при минимальном использовании токсичных сред и обеспечении качества очистки.

Техническим результатом является создание замкнутого, экономичного и экологически безопасного цикла получения чистого алмаза.

Технический результат достигается тем, что в способе обработки алмазосодержащих концентратов, включающем высокотемпературную обработку щелочным реагентом, отделение алмазов от продуктов обработки и конечную кислотную очистку, в качестве щелочного реагента используют смесь насыщенного раствора карбоната натрия с добавлением 3-5 вес.% гидроксида натрия, процесс проводят в автоклаве при температуре 200-400°С в поле ультразвукового излучения, затем автоклав охлаждают и в реакционную массу, содержащую раствор непрореагировавшего карбоната натрия, направляют противоположно силе гравитации поток концентрированных соляной и азотной кислот для создания условий флотационно-гравитационного отделения алмазов от продуктов обработки.

Дополнительным отличием является то, что для флотационно-гравитационного разделения используют смеси концентрированных кислот, оставшиеся после конечной очистки алмаза.

При обработке алмазосодержащих концентратов насыщенным раствором карбоната натрия с добавкой гидроксида натрия в небольших количествах при температурах 200-400°С в поле ультразвукового излучения разрушается большинство минералов, входящих в состав алмазосодержащих концентратов, такие как рутил, гранат, слюды, кроме того, гидролизуются и разрыхляются битуминозные загрязнения. Минералы с размерами зерен больше 3-5 мм полностью не разрушаются, однако их поверхность становится разрыхленной и приобретает свойства к дальнейшей флотации.

Процесс разложения минералов вмещающих пород с карбонатом натрия относится к твердофазным реакциям. Для ускорения реакции в таких процессах играет роль добавление плавня, вещества, понижающего начальную температуру реакции. Роль такого плавня в нашем процессе играет добавка гидроксида натрия в количествах 3-5 вес.%. Также большую роль в реакциях такого рода играет присутствие газовой фазы. В этом случае площадь реакционной поверхности становится равной или близкой к поверхности одного из реагентов, и скорость реакции увеличивается в тысячи раз. Газовая фаза (углекислый газ) образуется, например, при реакции с вмещающими минералами.

ZrSiO₄ +2Na₂CO₃=Na ₂SiO₃+Na₂ZrO ₃+2CO₂

Сочетание ультразвуковой обработки реакционного сосуда - автоклава с применением в качестве разрушающего примеси реагента карбоната натрия и добавки гидроксида натрия приводит к эффективной реакции для последующего отделения алмазов.

Направление в реакционную массу, содержащую водный раствор непрореагировавшего карбоната натрия, противоположно силе гравитации потока концентрированных кислот создает условия флотационно-гравитационного разделения продуктов в последующей стадии обработки. После водного выщелачивания образуются частично или полностью прореагировавшие частицы пустой породы, которые после подкисления кека высвобождают алмазы, осаждающиеся на дно сосуда. Флотирующиеся под действием образующейся углекислоты частицы породы всплывают на поверхность и удаляются вместе с избыточным раствором. После завершения реакции нейтрализации карбоната натрия на дне сосуда остаются кристаллы, которые затем обрабатываются смесью концентрированных соляной и азтной кислот в течение 20-30 мин для удаления сульфидов, а затем хромпиком для полной очистки алмаза от графита. Собранные кислоты на этом этапе возвращаются в цикл обработки для последующей нейтрализации карбоната натрия, что обеспечивает возможность неоднократной организации замкнутого цикла очистки и исключения слива непрореагировавших кислот и щелочей. Использование нетоксичного реагента - карбоната натрия снижает требования, предъявляемые к химической стойкости материалов автоклава, и в совокупности с созданием замкнутого цикла обработки значительно снижает стоимость процесса.

Пример 1. Алмазосодержащий концентрат, крупностью от 1 до 10 мм, весом 300 г, содержащий примеси вмещающей породы в количестве 3-5%, помещается в реакционный сосуд-вкладыш из нержавеющей стали емкостью 1 л. Концентрат заливается 300 мл насыщенного раствора карбоната натрия и 30 г сухого гидроксида натрия, перемешивается и помещается в автоклав. После герметизации автоклав ставится в нагретую до 350°С печь и выдерживается в течение 1 часа в поле ультразвукового излучения с частотой 22±1,65 кГц и мощностью генератора 200 Вт (используется Ультразвуковой технологический аппарат «Волна», УЗТА 0,2/22 Бийского технологического института). После охлаждения в холодной воде автоклав открывается и реакционный сосуд-вкладыш вынимается. Реакционный сосуд-вкладыш заливается водой до объема 800 мл, содержимое перемешивается и переносится в термостойкий стеклянный стакан, помещенный в наклонное положение в специальной державке, под которой устанавливается сетка-желоб для улавливания шлама и, возможно, мелких сростков породы с кристаллами алмаза. На дно стакана устанавливается твердый силиконовый шланг, по которому подается раствор смеси концентрированной соляной и азотной кислот (царской водки), разбавленной в два-три раза и любой степени чистоты. Далее происходит химическая реакция нейтрализации карбоната натрия с выделением углекислого газа, на пузырьках которого в кислой среде всплывают частично прореагировавшие кусочки породы. Флотирующаяся порода удаляется из стакана на сетку и впоследствии отправляется на вторичную обработку. После завершения реакции жидкость из стакана сливается, содержимое породы промывается водой и заливается снова 300 мл насыщенного раствора карбоната натрия и процесс повторяется без нагревания в автоклаве. Для нейтрализации карбоната на этой стадии используется раствор хромпика. После промывания водой концентрат затем обрабатывают смесью концентрированных кислот (царской водкой) в течение 20-30 мин для удаления сульфидов, а затем хромпиком до полной очистки алмаза от графита. Собранные на этих этапах кислоты (царская водка и хромпик) собираются и возвращаются в стадию нейтрализации содового раствора. Выход чистых алмазов из концентрата составил 0,83 карата.

Пример 2. Алмазосодержащий концентрат крупностью от 0,5-2 мм и весом 100 г, содержащий примеси вмещающей породы около 20%, помещается в реакционный сосуд - вкладыш и все остальные процедуры ведутся по схеме, описанной в Примере 1. Выход алмазов составил 84,2 карат, количество примесей сократилось до единичных.