在水环境中通过粘附现象从天然矿石中分离有价矿物、贵金属、稀土金属、宝石和亚宝石的颗粒的方法与流程

1.本发明的主题是在水环境中通过粘附现象从天然矿石中分离有价矿物(valuable minerals，有用矿物，有价值的矿物)、贵金属、稀土金属、宝石和亚宝石(semi-precious stones，次宝石、半宝石)的颗粒的方法。该方法适用于回收1至5000μm的有价矿物的颗粒，其中，“有价矿物”一词暗指贵金属、稀土金属、宝石和亚宝石。本发明尤其适用于黄金的分离，但这不限制其应用范围。


背景技术：

2.全球采矿业公认从矿石中回收金的方法，基于：
[0003]-化学方法(约占世界市场的80％)，利用在强化合物中消化贵金属的现象。在这些方法中主要使用氰化物和汞。就从矿石中提取金属的百分比而言，这些方法是高效的，但是其昂贵且有毒，并且引起环境污染(通常是生态灾难规模)，因此越来越多的国家禁止这些方法。
[0004]-重力方法(约占世界市场的20％)，利用贵金属的高比重，在特殊的洗涤设备中浸出具有较低比重的矿物(这是贵金属的特征)并将分离的金属颗粒沉积在特殊的垫子上或在旋转装置(水力旋流器和其他)中将其分离。
[0005]
这些方法相对便宜，但就回收百分比而言不是非常有效。平均地，矿石仅含有大约20％的贵金属。这些是超过500微米的颗粒部分且低于“重力回收阈值”的较小部分(“金尘”)，在工业规模上会丢失。
[0006]-粘附方法，涉及使用在材料表面上发生的现象。由于技术障碍，这些方法(诸如重力方法)不是有效的。
[0007]
在现有技术中，存在许多基于粘附现象分离有价矿物的方式。
[0008]
例如，专利pl228374提出了通过使用活性炭作为吸附剂从含氯离子的水溶液中分离铂、钯和金的方法，其特征在于，每25mg钯和铂和/或金，有1g的活性炭被加入到cl离子的浓度为0.1-1.0mol/dm3的氯化物水溶液中，含有钯(ii)离子(ii)和铂(iv)离子和/或金(iii)离子，以及在钯(ii)离子和铂(iv)离子和/或金(iii)离子吸附在活性炭的表面上之后，过滤含有钯(ii)离子的溶液以分离其表面上吸附有钯(ii)离子和铂(iv)离子和/或金(iii)离子的活性炭，之后利用浓度不低于1％的盐酸洗涤分离的活性炭，导致选择性解吸(desorption，去吸附)钯(ii)离子通过已知方法被带入回收它们的溶液中，然而，在活性炭表面上形成的铂和金被进一步处理，有利地被熔融。
[0009]
反过来，波兰专利申请p.414824涉及一种用于从沉积物中回收贵金属的吸附剂。本技术涵盖使用吸附剂回收和评估具有疏水性质的贵金属和矿物的沉积物。吸附剂是独特的，由于其由以下组分组成：固体和液体粘合剂溶液，其中，固体组分呈颗粒或垫子的形式，由具有强疏水性的聚乙烯或聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或聚氯乙烯或聚酰胺或尼龙或橡胶材料或硅材料制成作为疏水物质和磁铁矿或其他金属，它们的合金或具有强铁
磁性的化合物或nife2o3或cuof2o或mgo或y3fe5o
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或cu2mnal或cu2mnll或cro2或具有镍、钴、铝或稀土金属的铁合金的比例为25-35、最好为30％重量百分比的材料以及比例为75-65、最好为70％重量百分比的磁铁矿组成，然而，液体粘合剂溶液由烃类混合物组成：具有类似粘度特性的沥青、柴油或煤油或合成油或eco-c燃料油，比例为2.16重量份的沥青重量和1重量份的柴油，之后，将液体粘合剂溶液在水中以组分表面上3.5-4.5重量百分比的粘合剂沉积在固体组分上的水中。通过应用这种方法，粘合剂被过快地浸出，并且该方法在工业生产中已经成为问题。
[0010]
专利申请us20170080403涉及回收有价矿物的方法，该有价矿物包括涉及疏水聚合物表面的金，并且在此工艺中，矿物颗粒是在矿物提取工艺中来自悬浮液的感兴趣的对象，在铺设有多层的杆部或基材上被回收，其中，每层被构造成具有合适的外表面，该外表面具有多个附着到其上的颗粒，其中，颗粒含有被选择以吸引和附着作为感兴趣对象的一种或多种矿物颗粒的官能团。每层由厚度小于或等于大约125微米的聚合物制成。聚合物选自聚二甲基硅氧烷或二甲基硅氧烷。
[0011]
同样，专利申请wo2018805490提出了一种用于水悬浮液中的基材，其具有聚合物涂层用于确保易受影响和粘性的表面。聚合物涂层含有使疏水表面能够吸引悬浮液中的疏水或疏水化矿物颗粒的化学物质。基材可以采取传送带、球、格栅、叶轮、过滤器或平坦表面的形式。开孔泡沫也可以是基材。聚合物涂层可以利用粘合剂、增塑剂、交联剂、链转移剂、扩链剂、锚固剂、芳基或烷基共聚物、氟化共聚物和/或添加剂、疏水剂(诸如六甲基二硅氮烷)、无机颗粒(诸如硅树脂)、疏水性硅树脂和/或气相疏水性硅树脂、mq树脂和/或用于监测和改变聚合物性质的其他添加剂进行改性。
[0012]
尽管多次尝试通过粘附方法从天然矿石中回收贵金属和矿物的颗粒，但是由于技术障碍，这些方法都没有在工业上被应用，其中最重要的技术障碍是：缺乏在水环境中使用材料的长期操作能力、耐磨性差、粘附力低，工业规模的贵金属和矿物的分离颗粒进行解吸的有效方法存在问题以及回收的部分(fractions)的范围小。而且，大多数粘附方法是不生态的。
[0013]
已经利用浮选方法，借助将贵金属颗粒粘附在气泡表面上(其中气泡形成于放置有水悬浮液的浮选柱中)的现象应用各种方法来解决技术问题。将支持形成具有合适表面张力的气泡的物质添加到悬浮液以便加强粘附工艺。尽管其中的一些方法是生态方法，但由于其效率低，因此应用范围窄。


技术实现要素：

[0014]
本发明的目的是阐述在水环境中通过粘附现象从天然矿石中分离贵金属、稀土金属、宝石和亚宝石的颗粒的方法，该方法应该是完全生态的、消除有毒工艺的廉价工艺，完全消除了以前方法中存在的缺陷。
[0015]
在水环境中通过粘附现象从天然矿石中分离有价矿物、贵金属、稀土金属、宝石和亚宝石的颗粒的方法涵盖连续已知的阶段，诸如：
[0016]-初步分离，包括从冲积(碎石)矿石中筛分高达5000μm的部分或将原生(岩石)矿石破碎成部分使得有价矿物从脉石中分离的部分，并且在适当的情况下，通过已知方法从矿石中分离铁磁体；
[0017]-通过将矿石的初步分离的部分与液体混合形成悬浮液；
[0018]-在分离器的粘合剂涂层上从悬浮液中吸附有价矿物，并且还从该工艺中回收水；
[0019]-从粘合剂涂层中解吸有价矿物的颗粒；
[0020]
根据本发明，其特征在于，使用羊毛脂(lanolin)或其与添加剂的混合物形成类似于分离器中的有价矿物的粘合剂涂层，其中，混合物中羊毛脂的含量可以不低于80％。
[0021]
类似于有价矿物(诸如蜡或天然油)的颗粒的粘合剂材料被有利地用作添加剂。改善工艺参数(例如矿石悬浮液的流变性质或水射流抗侵蚀性)的其他物质也可以用作添加剂。
[0022]
在将羊毛脂预先加热到36℃至170℃的温度之后将含有100％羊毛脂的粘合剂涂层有利地涂敷在分离器的表面上，然后在去除多余的羊毛脂之后，冷却分离器直到粘合剂涂层在分离器的表面固化为止。
[0023]
在将混合物预先加热到确保其组分熔化的温度之后，将使用羊毛脂作为混合物的组分、添加有类似于有价矿物的颗粒的粘合剂材料或添加有至少一种改进工艺参数的添加剂的粘合剂涂层涂敷到分离器的表面上，然后在去除液体混合物之后，冷却分离器直到分离器的工作表面上的粘合剂涂层固化为止。
[0024]
有利地，加热后的羊毛脂或其混合物通过助熔剂或浸入或喷涂被涂敷在分离器的工作表面上。
[0025]
有利地，从悬浮液中吸附有价矿物的工艺在通过悬浮液流经分离器而被持续进行。
[0026]
有利地，流经分离器的悬浮液是饱和的。
[0027]
有利地，在等于或高于羊毛脂或其混合物的熔点的温度下进行解吸。
[0028]
有利地，通过使用加热的水或乙醇或被选为混合物成分的其他溶剂进行解吸，从而使粘合剂涂层稀释并与有价矿物一起从分离器中流出。也可以通过使用加热到粘合剂表面熔化的温度的气体因子来进行解吸。在分离器具有其自身的加热系统的情况下，通过将分离器的温度升高到粘合剂涂层的熔化阈值以上，可以在不使用解吸剂的情况下进行解吸。
[0029]
有利地，在比重大于羊毛脂或其混合物比重的液体存在下，在沉淀池(sedimentation tank)中从溶解的粘合剂涂层中分离出有价矿物。
[0030]-羊毛脂或其混合物
[0031]-在分离工艺期间引导用于解吸的液体被有利地回收以在该工艺中被重复使用。
[0032]
出乎意料的是，羊毛脂作为类似于有价矿物的颗粒的粘合剂材料的新应用在有价矿物的分离工艺中产生了非常好的结果。由羊毛脂制成的分离器的涂层的特征在于，有价矿物颗粒的粘结强度相对较高以及有价矿物的颗粒相对于矿石的其他颗粒区别在于非常高的选择性。该涂层对矿石悬浮液的水射流侵蚀具有很强的抵抗力。此外，羊毛脂能够使形成粘合吸附涂层的简单方法和解吸涂层上回收的矿物的简单方法得以应用。
[0033]
悬浮液流经分离器和该悬浮液的饱和提高了回收有价矿物工艺的效率。
[0034]
根据本发明的方法是完全生态的，基于不污染环境的工艺和试剂，同时其是简单且廉价的工艺，消除了迄今为止在其他工艺中已经出现的技术缺陷。
附图说明
[0035]
本发明在以下实施例中以及图示上被呈现，其中图1示出了样本工艺的图表。
具体实施方式
[0036]
示例i：
[0037]
在位于保加利亚的冲积沉积物的示例中，提出了一种在水环境中通过粘附现象从天然矿石中分离有价矿物、贵金属、稀土金属、宝石和亚宝石的颗粒的方法，其含量为每吨矿石大约2克黄金，其中，黄金颗粒在几微米与几毫米之间振荡。
[0038]
在筛网上从用于测试的100kg矿石中冲洗一部分小于3mm的颗粒。该部分在分离器2中进行磁分离以除去铁磁颗粒。在其他实施例中，如果沉积物不含铁磁颗粒，则可以省略磁分离工艺。
[0039]
随后，将这种纯化的矿石部分放置于池3中，将来自池4的水倒入其中。这样，在池3中形成150升悬浮液，该池包含颗粒尺寸小于3mm(大约30升)大约50kg的矿石部分和大约120升的水。
[0040]
悬浮液利用粘附现象流到预先制备的分离器5中，以用于分离黄金颗粒。分离器5应该确保大的吸附表面面积和合适的悬浮液湍流。通过维持这些条件，分离器5可以具有任何结构。可以通过分离器5的元件6(例如，通道、瓦片、突起)的合适构造或通过以选择适当形状的块的方式放置在分离器内部的元件得到大的吸附表面面积。例如，可以通过在悬浮液流动期间引入气态介质，例如通过矿石悬浮液的饱和来支持湍流。分离器5以具有7x 3cm矩形横截面和180cm高度的管道的形式用于测试，在其内部的元件6被构造为具有类似于鱼骨图案(herringbone pattern，人字形图案)的流道的形式。分离器5采用3d打印技术生产。该技术能够获得元件6的任何图案，这些图案可以应用于其他实施例中，只要该图案在矿石颗粒与其上施加粘合剂涂层的表面具有广泛接触时确保悬浮液的适当流动。在本实施例中，分离器5被竖直地设置，其中，在其他实施例中，分离器5可以以选定的角度倾斜，以确保悬浮液的流动。为了用粘合剂涂层覆盖放置于池7中的分离器5的内部，使用了两升温度80℃的液体羊毛脂。将以这种方式制备的羊毛脂倒入底部封闭的分离器中，静置3分钟。在打开分离器5的底部阀门8后，大部分羊毛脂流出到位于分离器5下方的池9，由此被送到池7以备重复使用，而一些羊毛脂被沉积在元件上6和分离器5内部的壁上。随后，将分离器5的内部冷却到10℃的温度。然后，将来自池3的矿石悬浮液供给到放置在其上部中的分离器5的入口，由此在重力作用下，该矿石悬浮液开始流经在底部处阀门10被打开的分离器5。在将悬浮液供给到分离器5的过程中，采用文丘里注射器管11形式的装置，其从大气中产生微气泡。流动的矿石悬浮液利用微气泡被饱和，从而强化吸附工艺。在其他实施例中，可以采用另一种中性气体介质，或者可以省略另一种产生气泡的方法或气泡饱和工艺。在悬浮液流动期间，通过测试悬浮液在通过分离器5后的成分来测量分离器5的吸附能力。采用用于检测流出矿石悬浮液中颗粒的检测器12以便确定分离器的效率，该效率包括在流动期间从矿石中捕获几乎100％的有价矿物颗粒。该方法也适用于建立饱和点(覆盖分离器的吸附表面的程度，之后颗粒“通过”分离器)。水与分离出有价矿物的矿石一起流入到池13中，在底部形成矿石沉积物之后，将水输送到池4以被重复使用。
[0041]
为了达到解吸液解吸的目的，即将80℃温度的水从池14引入到分离器5的入口。在
温度的影响下，羊毛脂与沉积的有价矿物颗粒一起被冲洗到放置在分离器5下方的沉淀池15，在此将羊毛脂悬浮液和水(解吸液)冷却到10℃温度时，然后从解吸液的表面收集羊毛脂，并转移到池7以便重复使用。类似地，将残留在羊毛脂表面以下的来自池15的解析液转移到池14以便重复使用。
[0042]
分离的有价矿物残留在沉淀池15的底部处，由此它们被引导进行进一步处理。
[0043]
在进行测试之后，结果表明在所测试矿石中含有的大约95％的黄金颗粒开始沉积在粘合剂涂层上。有价矿物颗粒的选择性达到70％以上，其中选择性被定义为沉积在涂层上的全部矿物质量中的有价矿物的百分比。
[0044]
示例ii：
[0045]
使用与第一示例中相同的方法，其中，使用97％羊毛脂和3％蜂蜡形成粘合剂涂层。
[0046]
在进行该测试之后，结果表明包含在测试的矿石中的大约80％的黄金颗粒开始沉积在粘合剂涂层上。有价矿物颗粒的选择性维持在70％的水平。
[0047]
示例iii：
[0048]
使用与示例i或ii相同的方法，其中，使用热空气作为溶解粘合剂涂层的试剂，并将用于沉淀羊毛脂或其混合物的液体引入到沉淀池15。
[0049]
在进行该测试之后，结果表明解吸时间已经从1分钟增加到50分钟。
[0050]
在利用混合物的其他组分和这些混合物的不同比例进行测试之后，以及在应用不同的溶剂解吸之后，结果表明使用纯羊毛脂和水作为粘合剂材料进行解吸得到了最佳结果，然而，本发明证明对于解决方案本质中指出的其他工艺参数范围也是有用的，在工艺效率方面给出了意想不到的结果。
[0051]
在其他测试系统中，对使用纯羊毛脂测试的贵颗粒(precious grains)的吸附方法的主要参数进行测试得出以下结果：
[0052]-在粘合剂涂层上捕获的有价矿物颗粒的选择性超过70％，其中该方法的较低收益阈值达到大约0.1％；
[0053]-粘结强度使其可以将超过99％的吸附颗粒保留在涂层上。
[0054]-涂层对水性矿石悬浮液的抗侵蚀能力超过150小时。在工业应用中，可以假定每24小时对回收的颗粒进行解吸，这意味着每24小时去除并施涂加新的涂层。
[0055]-用于施加涂层和解吸的温度范围宽，即36℃至170℃，在此温度范围内羊毛脂会失去其性能。
[0056]-发生无阻碍吸附工艺的温度范围是从水性矿石悬浮液的冰点到35℃的温度。