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).