RU2659871C1 - Капиллярно-электролитический способ извлечения микро- и наночастиц соединений металлов из тонких фракций горных пород, руд и техногенных продуктов - Google Patents

Капиллярно-электролитический способ извлечения микро- и наночастиц соединений металлов из тонких фракций горных пород, руд и техногенных продуктов Download PDF

Info

Publication number
RU2659871C1
RU2659871C1 RU2016150221A RU2016150221A RU2659871C1 RU 2659871 C1 RU2659871 C1 RU 2659871C1 RU 2016150221 A RU2016150221 A RU 2016150221A RU 2016150221 A RU2016150221 A RU 2016150221A RU 2659871 C1 RU2659871 C1 RU 2659871C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanoparticles
micro
extraction
capillary
suspension
Prior art date
Application number
RU2016150221A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Филиппович СМЕТАННИКОВ
Дмитрий Валентинович Оносов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук (ПФИЦ УрО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук (ПФИЦ УрО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук (ПФИЦ УрО РАН)
Priority to RU2016150221A priority Critical patent/RU2659871C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2659871C1 publication Critical patent/RU2659871C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

Использование: для извлечения микро- и наночастиц минералов, соединений металлов из тонких фракций горных пород, руд и техногенных продуктов. Сущность изобретения заключается в том, что способ извлечения микро- и наночастиц включает приготовление суспензии из тонких фракций исследуемого материала и дистиллированной воды, нанесение суспензии на подложку из графита до образования правильной сферы, к подложке из графита и к исследуемому материалу подводят электроды и пропускают постоянный ток напряжением от 4 до 6 В до высыхания сферы, образованной суспензией, затем осадок, образованный микрочастицами, исследуют. Технический результат: обеспечение возможности полного извлечения микро- и наночастиц неизвестного состава из каких-либо продуктов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к способам извлечения микро- и наночастиц соединений металлов, составляющих примеси (или микропримеси) в горных породах, рудах и(или) различных техногенных продуктах из тонких фракций этих пород, капиллярно-электролитическим способом, с дальнейшим анализом извлеченных частиц микрорентгеноспектральным методом (далее микрозонд).
Известен способ отделения (концентрирования) минералов - микропримесей из горных пород и техногенных продуктов в тяжелых жидкостях (бромоформирование) с последующей магнитной и электромагнитной сепарацией тяжелых фракций. В этом случае от матрицы (горной породы, техногенного продукта) отделяется ее часть (доли процента и единицы процентов, реже первые десятки процентов) [М.Н. Чуева. Минералогический анализ шлихов и рудных концентратов. // М., Госгеолиздат, 1950. - 179 с.].
Недостатком данного метода является то, что до определенной крупности матричных минералов (до 0,045 мм) микро- и наночастицы выделяются в тяжелую фракцию при разделении в тяжелых жидкостях, но поскольку минералы-микропримеси локализованы большей частью в тонкой фракции исследуемых объектов, то необходимо очень тонкое измельчение материала. Если же размер частиц фракции менее 0,045 мм, то происходит агрегирование микро- и наночастиц с частицами матричного материала и частицы не выпадают в тяжелую фракцию. Микро- и наночастицы соединений металлов адсорбируются и на более крупном материале. Применение бромоформирования совместно с центрифугированием также не дает нужного результата.
Известен метод капиллярного извлечения микро- и наночастиц, который является прототипом к заявляемому решению [Сметанников А.Ф. Капиллярный метод извлечения микро- и наночастиц минералов из тонких фракций для последующего микрозондового анализа. Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения 2014). Материалы минералогического семинара с международным участием. Сыктывкар, 2014, с. 177, 178]. Суть этого метода заключается в свойствах материала (тонких фракций) крупностью менее 0,25 мм при смешивании с жидкостью (дистиллированной водой) образовывать суспензию, при этом расстояние между отдельными частицами сопоставимо с размером частиц и образует "подобие" капиллярного пространства. Вода в капиллярном пространстве приобретает структуру, заряд и становится агрессивной средой, что способствует экстрагированию микро- и наночастиц минералов микропримесей и соединений металлов, адсорбированных на матричных минералах в капиллярный раствор. Свойства дисперсионных систем обсуждались в работах Дерягина. [Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Овчаренко Ф.Д. и др. Вода в дисперсных системах // М.: Химия, 1989. - 288 с.] Извлечение частиц осуществляется следующим образом. Смешивается материал тонких фракций с дистиллированной водой и капля суспензии наносится на подложку из изостатического графита. Капля образует правильную полусферу и при ее высыхании в течение 1-1,5 часов в соответствии с законом испарительной концентрации (эвапорации) экстрагированные микро- и наночастицы вместе с остаточным раствором мигрируют к основанию сферы и осаждаются на подложке. После полного высыхания материал капли (полусферы) снимают, а осажденные частицы на подложке исследуют под микрозондом (фиг. 1). Этим способом были идентифицированы более 50 минералов, представляющих собой самородное золото, интерметаллиды и твердые растворы Au, Cu, Ag, Zn, Pb, циркон, минералы Sn, монацит, самородные металлы и интерметаллиды Ni, Sn, Cu, Fe, Cr, Ti и др., являющиеся микропримесями в нерастворимом в воде остатке соляных пород Верхнекамского месторождения [Сметанников А.Ф., Филиппов В.Н. Некоторые особенности минерального состава соляных пород и продуктов их переработки (на примере Верхнекамского месторождения солей)//Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского: сб. статей. Пермь, 2010. - Вып. 13. - С. 99-113]. Размеры микро- и наночастиц составляли от 100 нанометров до 5-10 микрометров.
Недостатком данного метода является неполное извлечение микро- и наночастиц микропримесей, доказанное несоответствием их количества выявленного капиллярным методом элементному содержанию по данным масс-спектрометрического анализа. Тем не менее, этот метод послужил прототипом для обоснования способа извлечения микро- и наночастиц из тонких фракций, использующего методы интенсификации природных свойств капиллярных систем.
Предлагаемым изобретением решается задача создания способа извлечения микро- и наночастиц минералов-микропримесей и соединений металлов, находящихся в адсорбированном состоянии на матричных минералах, в тонких фракциях различных руд, нерастворимом в воде остатке соляных пород и других, в том числе и техногенных, "субстанциях" капиллярно-электролитическим способом. При этом, может решаться обратная задача очищения какой либо "субстанции" от примесей соединений металлов или частиц, с высокой степенью чистоты очищаемой матрицы.
Для достижения указанного технического результата в способе извлечения микро- и наночастиц соединений металлов из тонких фракций горных пород, руд и техногенных продуктов для последующего микрозондового анализа, включающем приготовление суспензии из тонких фракций исследуемого материала и соляного раствора, нанесение суспензии на подложку из графита до образования правильной полусферы, причем к подложке из графита и исследуемому материалу подводят электроды и пропускают постоянный ток напряжением от 4 до 6 вольт до высыхания полусферы образованной суспензией, затем осадок, образованный микрочастицами, исследуют.
Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что к подложке из графита и исследуемому материалу подводят электроды и пропускают постоянный ток напряжением от 4 до 6 вольт до высыхания полусферы образованной суспензией, затем осадок, образованный микрочастицами, исследуют, в частном случае исполнения суспензию из тонких фракций исследуемого материала готовят на 0,5-1,0-процентном растворе соли.
Благодаря наличию этих признаков предлагаемый способ позволяет осуществлять наиболее полное извлечение микро- и наночастиц микропримесей из присутствующих в горных породах, рудах и(или) различных техногенных продуктах из тонких фракций этих пород.
Техническим результатом является создание (разработка) способа наиболее полного извлечения микро- и наночастиц неизвестного состава из каких либо продуктов, для их дальнейшей диагностики и(или) очистки технических продуктов от микропримесей.
На фиг. 1 размещены четыре фото, иллюстрирующих способ извлечения частиц по прототипу, где слева направо показано:
на фото №1 - чистая пластинка графита;
на фото №2 - пластинка с высохшей каплей исследуемой суспензии;
на фото №3 - пластинка со снятой сферой и виден материал, высаженный на подложку в результате испарительной концентрации;
на фото №4 - высохшая капля (плоской стороной кверху.
На фиг. 2 размещены три фото следов осаждения микро и наначастиц по заявляемому способу, где слева направо показано:
на фото №1 - результат первого опыта - осадок после капиллярного выщелачивания;
на фото №2 - результат второго опыта - осадок после электролитического анодного выщелачивания;
на фото №3 - результат третьего опыта - осадок после катодного выщелачивания.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Исследуемый материал дробится и классифицируется по классам крупности способом мокрого рассева и высушивается. Из порций этого материала готовится суспензия с использованием дистиллированной воды с добавлением какой-либо соли (испытания проходили с применением NaCl). Затем капля суспензии наносится на пластинку графита, образуя правильную полусферу. С нижней стороны пластинки графита присоединяется один электрод со знаком «плюс» (образующий с пластинкой графита анодную часть системы). Второй электрод со знаком «минус» служит катодом и погружается в сферу, сформированную суспензией (не касаясь подложки графита). Затем включается постоянный ток и начинается процесс электролитического извлечения (отсоединения) микро- и наночастиц с одновременным их осаждением на подложку. Одновременно с высыханием суспензии в полусфере заканчивается и процесс извлечения. Далее высохшая сфера снимается тонким лезвием с пластинки графита и осадок, образованный микрочастицами, изучается под микрозондом.
Полярность электродов можно поменять в случае, если на подложку осаждается много матричных минералов, поскольку главным свойством (эффектом) является электролитическое извлечение микрочастиц в капиллярное пространство.
Были проведены три опыта. Первый из них - это капиллярное осаждение, без применения постоянного тока и присутствия электролитсодержащих ионов. Второй опыт - анодное осаждение, когда анодом служит пластинка графита. Третий опыт с переменой полюсов, когда анодом служит верхний (положительный) электрод, а катодом - пластинка графита. На фиг. 2 размещены три фото следов осаждения всех трех опытов.
На пластинке от первого опыта (капиллярное выщелачивание) практически отсутствуют матричные минералы, но и количество выявленных минералов микропримесей минимально (фото №1)). На второй пластинке (анодное осаждение) сплошная корка осажденных матричных минералов, количество микрочастиц на 1-2 порядка выше, чем в первом опыте (фото №2). На третьей пластинке (анод - верхний электрод) количество матричных минералов значительно меньше, чем во втором опыте, но больше, чем при капиллярном выщелачивании (фото №3). Количество микрочастиц меньше, чем во втором опыте, но больше чем в первом опыте. Во втором опыте, где в качестве анода используется пластинка графита, процесс осаждения усиливается влиянием температурного градиента, поскольку пластинка графита при прохождении тока разогревается и это служит дополнительным фактором полноты осаждения микрочастиц вместе с матричными минералами. В третьем опыте, где анодом служит только электрод, эффект экстрагирования близок к анодному варианту, но осаждение матричных минералов значительно меньше, т.к. площадь анода, в отличие от второго варианта, мала и температурный градиент невысок. Осадок на графитовой подложке представляет собой микропримеси рудных минералов, соединений металлов металлических частиц, содержащихся в различных породах, рудах и техногенных продуктах. В результате проведенных опытов выяснено, что природные свойства воды в капиллярном пространстве меняются под воздействием электрического поля, создаваемого источником постоянного тока, напряжением 4-6 вольт, в результате чего капиллярный раствор приобретает свойства электролита. Электролитные свойства капиллярного раствора усиливаются введением в раствор электролитобразующих ионов, например иона хлора, путем растворения в дистиллированной воде поваренной соли. Концентрация соли в растворе определялась в эксперименте. Начальная концентрация минимальная (0,5%), при которой уверенно фиксировались осажденные частицы. Увеличение концентрации соли в растворе сопровождалось увеличением количества осажденных частиц (частоты встречаемости). Концентрация соли выше 1% не влияла на количество осажденных частиц. Это позволяет экстрагировать в капиллярный раствор на 1-2 порядка большее количество микро- и наночастиц в сравнении с прототипом, т.о. показано преимущество применения электролитического способа извлечения микро- и наночастиц над капиллярным.
Предлагаемым способом по заявляемому изобретению обеспечивается максимальное извлечение микро- и наночастиц из тонких фракций нерастворимых остатков солей, руд и техногенных продуктов за счет следующих факторов: 1) создания электрического поля, обуславливающего свойства электролита в суспензии из материала тонких фракций и раствора соли; 2) осуществления возможности замены свойства электролита путем создания кислотной или основной среды при введении в суспензию кислот или оснований, ионы которых усиливают выщелачивающие (экстрагирующие) свойства электролита.
Указанные факторы обеспечивают максимальное извлечение микро- и наночастиц и фиксацию их на графитовой подложке для последующего анализа микрозондовым методом. Процесс капиллярно-электролитического извлечения (экстрагирования) микро- и наночастиц включает воздействие постоянного тока в присутствии ионов, формирующих электролит, обуславливающий электрохимические процессы извлечения адсорбированных частиц. Причем возможно решать и прямую задачу - извлечение микро- и наночастиц из нерастворимых остатков солей, руд и техногенных продуктов, а также обратную задачу - "очищение" какой-либо тонкой фракции материала от примесей минералов и металлических частиц, не извлекаемых обычными способами.
Конечной целью процесса капиллярно-электролитического извлечения и осаждения микрочастиц является получение информации о форме нахождения элементов - микропримесей, их диагностике, идентификации и возможности использования на практике. Кроме того, вторым направлением или целью является выделение минеральных или синтетических сред с крупностью материала менее 45 микрон с их очисткой и методом капиллярно-электролитического извлечения из них микропримесей.
Полученный концентрат может быть использован для получения фундаментальных знаний о составе супермикропримесей пород, руд, нерастворимых остатков соляных пород и техногенных продуктов, и в перспективе может быть применен в микроэлектронике. Тонкие фракции, очищенные от микропримесей, могут быть также использованы в технике.
Авторами было выявлено, что наиболее оптимальным является применение капиллярно-электролитического способа извлечения микро- и наночастиц с приготовлением экстрагирующего раствора (выщелачивающего) раствора на солевой основе, с соотношением NaCl к H2O как 1:99. Эффект выщелачивания (экстрагирования) в этом случае возрастает на 1-2 порядка в сравнении с прототипом, т.к. формируется электролит с сильными экстрагирующими свойствами, о чем свидетельствуют практические сравнительные результаты, полученные при капиллярном выщелачивании тонких фракций нерастворимого остатка соляных пород и капиллярно-электролитическим способом.

Claims (2)

1. Способ извлечения микро- и наночастиц соединений металлов из тонких фракций горных пород, руд и техногенных продуктов для последующего микрозондового анализа, включающий приготовление суспензии из тонких фракций исследуемого материала и дистиллированной воды, нанесение суспензии на подложку из графита до образования правильной сферы отличающийся тем, что к подложке из графита и к исследуемому материалу подводят электроды и пропускают постоянный ток напряжением от 4 до 6 В до высыхания сферы образованной суспензией, затем осадок образованный микрочастицами, исследуют.
2. Способ извлечения микро- и наночастиц соединений металлов из тонких фракций горных пород, руд и техногенных продуктов для последующего микрозондового анализа по п. 1, отличающийся тем, что суспензию из тонких фракций исследуемого материала готовят на 0,5-1,0%-ном растворе соли.
RU2016150221A 2016-12-20 2016-12-20 Капиллярно-электролитический способ извлечения микро- и наночастиц соединений металлов из тонких фракций горных пород, руд и техногенных продуктов RU2659871C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150221A RU2659871C1 (ru) 2016-12-20 2016-12-20 Капиллярно-электролитический способ извлечения микро- и наночастиц соединений металлов из тонких фракций горных пород, руд и техногенных продуктов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150221A RU2659871C1 (ru) 2016-12-20 2016-12-20 Капиллярно-электролитический способ извлечения микро- и наночастиц соединений металлов из тонких фракций горных пород, руд и техногенных продуктов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2659871C1 true RU2659871C1 (ru) 2018-07-04

Family

ID=62815564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016150221A RU2659871C1 (ru) 2016-12-20 2016-12-20 Капиллярно-электролитический способ извлечения микро- и наночастиц соединений металлов из тонких фракций горных пород, руд и техногенных продуктов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2659871C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4268307A (en) * 1979-11-08 1981-05-19 Robert Michel Method of extraction of metals from low grade ores
RU2098193C1 (ru) * 1995-07-26 1997-12-10 Челябинский государственный технический университет Установка для извлечения веществ и частиц из суспензий и растворов
US6875254B2 (en) * 2001-08-08 2005-04-05 University Of Washington Methods for detecting and extracting gold
RU2315662C1 (ru) * 2006-05-12 2008-01-27 Валерий Иванович Дядин Сепаратор
RU2455237C1 (ru) * 2010-12-06 2012-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет"(СПбГУ) Нанотехнологический способ извлечения рения из пород и руд черносланцевых формаций и продуктов их переработки

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4268307A (en) * 1979-11-08 1981-05-19 Robert Michel Method of extraction of metals from low grade ores
RU2098193C1 (ru) * 1995-07-26 1997-12-10 Челябинский государственный технический университет Установка для извлечения веществ и частиц из суспензий и растворов
US6875254B2 (en) * 2001-08-08 2005-04-05 University Of Washington Methods for detecting and extracting gold
RU2315662C1 (ru) * 2006-05-12 2008-01-27 Валерий Иванович Дядин Сепаратор
RU2455237C1 (ru) * 2010-12-06 2012-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет"(СПбГУ) Нанотехнологический способ извлечения рения из пород и руд черносланцевых формаций и продуктов их переработки

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hansen et al. Testing pulsed electric fields in electroremediation of copper mine tailings
Veiga et al. Gravity concentration in artisanal gold mining
Mitchell et al. Heterocoagulation of chalcopyrite and pyrite minerals in flotation separation
Kim et al. Feasibility of bench-scale selective bioflotation of copper oxide minerals using Rhodococcus opacus
Wang et al. Effect of saline water on the flotation of fine and coarse coal particles in the presence of clay minerals
Alvarez-Silva et al. Zeta potential study of pentlandite in the presence of serpentine and dissolved mineral species
Liu et al. Effects of lizardite on pentlandite flotation at different pH: Implications for the role of particle-particle interaction
RU2659871C1 (ru) Капиллярно-электролитический способ извлечения микро- и наночастиц соединений металлов из тонких фракций горных пород, руд и техногенных продуктов
CN106660829A (zh) 处理固体和液体以及被污染的土壤和水体的方法和技术过程
Knigge et al. Dielectrophoretic immobilisation of nanoparticles as isolated singles in regular arrays
OTSUKI et al. Characterisation and beneficiation of complex ores for sustainable use of mineral resources: Refractory gold ore beneficiation as an example
Kowalska et al. Potential-controlled electrolysis as an effective method of selective silver electrowinning from complex matrix leaching solutions of copper concentrate
Jin et al. Effect of Cu2+ activation on interfacial water structure at the sphalerite surface as studied by molecular dynamics simulation
Masiya et al. Flotation of nickel-copper sulphide ore: optimisation of process parameters using Taguchi method
Kursun et al. Evaluation of digital image processing (DIP) in analysis of magnetic separation fractions from Na-feldspar ore
Chanturia et al. Experimental investigation of interaction between modified thermomorphic polymers, gold and platinum in dressing of rebellious precious metal ore
Abd Samad et al. Voltage characterization on dielectrophoretic force response to hematologic cell manipulation
Matveeva et al. Flotation extraction of tin from tailings of sulfide-tin ore dressing using thermomorphic polymer
Rauf et al. Electrohydrodynamic removal of non-specific colloidal adsorption at electrode interfaces
RU2230613C2 (ru) Способ электрофизического обогащения пульпы, содержащей тонкодисперсное золото
Chanturia et al. Improving gold flotation selectivity by using new collecting agents
Otsuki et al. Two-liquid flotation for separating mixtures of ultra-fine rare earth fluorescent powders for material recycling—a review
JP2017203179A (ja) 金ナノ粒子の製造方法及び金ナノ粒子
JP2002303620A (ja) 鉄鋼材料用電解液組成物およびそれによる介在物または析出物の分析方法
Smetannikov et al. Methods of Extraction of Micro-and Nanoparticles of Metal Compounds from Fine Fractions of Rocks, Ores and Processing Products

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181221

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210311