Направленное изменение технологических свойств минералов

Современные достижения науки и накопленный практический опыт позволяют путем определенных воздействий на минералы изменять их технологические свойства в заданном направлении.

При флотации эти процессы воздействия на минералы применяются уже давно. Обрабатывая минералы определенными реагентами, можно во многих случаях менять их флотационные свойства в желаемом направлении, придавать поверхности зерен рудных или нерудных минералов свойства гидрофобности, благодаря которым они легко флотируются, или же гидрофиль-ности, вследствие чего они становятся флотационно неактивными. В некоторых случаях для интенсификации флотации, помимо применения определенных флотореагентов, обработки минералов кислотами или щелочами, используют воду различной жесткости, ведут подогрев пульпы и проводят другие операции для того, чтобы флотоактивность одних минералов увеличить, а других — уменьшить, депрессировать.

В настоящее время появилась возможность направленного изменения и других технологических свойств минералов, главным образом путем различных воздействий на минерал с целью некоторого изменения совершенства его структуры, в частности, концентрации различных дефектов, которые всегда присутствуют в кристаллических решетках реальных минералов. Различными энергетическими воздействиями можно усилить концентрацию определенных дефектов, создавать их, генерировать или же уменьшать, «залечить» и даже уничтожить. Таким способом можно разделять минералы, очень близкие по физическим свойствам, например, кварц и полевой шпат или даже разные полевые шпаты.

В.И. Ревнивцев (1970г.) выделяет следующие способы воздействия на минералы:

— деформационные (механические) —дробление, измельчение, соударение в определенном режиме;

— акустические—ультразвуковая обработка, которая не только влияет на плотность дефектов, но и очищает поверхность зерен минералов;

— термические — знакопеременная температурная нагрузка, т.е. нагрев с последующим резким охлаждением («закалка» дефектов) или отжиг («залечивание» дефектов);

— химические — воздействие различными реагентами, вызывающими растворение отдельных участков поверхности (травление), выщелачивание нз них катионов, окисление или восстановление ионов переменной валентности или «легирование» и закрепление поверхности примесными ионами;

— радиационные — облучение минералов нейтронами, протонами, электронами, фотонами высокой энергии (рентгеновскими и гамма-лучами). В отдельных случаях целесообразно облучать не всю массу руды, а, например, флотореагенты, что позволяет резко повысить их флотационное действие, в результате чего удается поднять извлечение полезных компонентов на 10 % и более.

Воздействуя на минералы одним из указанных или несколькими способами, их можно разделять даже в случае незначительных различий в свойствах, а также поднять величину извлечения полезных компонентов.

Возможность изменения свойств минералов в желаемом направлении открывает исключительные перспективы для вовлечения в промышленное освоение новых видов сырья, особенно тех, использование которых основано на их особых свойствах. Намечаются три пути подобных работ.

1. Облагораживание минералов, улучшение их свойств, благодаря которым они применяются в промышленности. Это относится прежде всего к драгоценным камням, которые издавна подвергались различным воздействиям (в первую очередь медленному нагреванию) с целью повышения интенсивности их окраски. Уже в работах Плнния имеются указания о том, как можно усилить окраску бирюзы. На протяжении последних веков отдельными естествоиспытателями, старателями, ювелирами, предпринимателями и фирмами были разработаны многочисленные приемы и методы изменения окраски аметиста, топаза, дымчатого кварца, цитрина, берилла. Появившиеся возможности использовать для этой цели радиационные методы воздействия, а также проводить обработку камней до их огранки в автоклавах привели к тому, что методы облагораживания драгоценных камней стали широко применяться. Большую роль стали играть методы очистки граней кристаллов от различных пленок ультразвуковой обработкой. Не представляет особых трудностей повышение интенсивности окраски не только ювелирных, но и непрозрачных поделочных камней, как, например, лазурита (обработка в парах серы), либо же придание некоторым бесцветным минералам окраски путем введения в их кристаллические решетки ионов-хромофоров (Со, Ni, Мn, Сг, V и др.). С развитием физики минералов все эти работы по облагораживанию минералов поставлены на строго научную основу.

2. Придание минералам новых полезных свойств. Как уже указывалось, существует множество способов, позволяющих изменять свойства минералов — обжиг их, облучение в ядерных реакторах, линейными ускорителями, гамма-лучами, замораживание, обработка различными реагентами, в том числе при высоких температурах и давлениях и т. д. Помимо тех примеров, которые приводились выше, можно указать на окраску тонкоизмельченных слюд, при которой краситель проникает в межслоевое их пространство. В результате краска, замешанная на такой слюде, становится весьма стойкой и огнеупорной, при окраске наружных стен зданий она не выцветает. Некоторым минералам, в частности, сульфидам и самородным элементам, можно придать свойства полупроводников. Так, при борировании алмаза он приобретает полупроводниковые свойства и т.д. Вообще следует указать, что эта область исследования еще весьма слабо разработана, хотя весьма перспективна.

3. Создание на основе природных минералов новых материалов. Это направление усиленно развивается в последнее время Н.Ф. Челищевым, К.И. Чепижным, Н.А. Солодовым и др. Известно, что при обработке железо-магнезиальных слюд кислотами происходит вынос катионов с сохранением кремнистого скелета, сохраняющего слоистую структуру. Получающееся вещество — сипласт характеризуется тиксотропными свойствами и близко к силикагелям. Подобные же материалы могут быть получены при кислотном выщелачивании из асбестов (сивол), хлоритов, талька, пирофиллита, углисто-глинистых и графитсодержащих слюдистых сланцев, цеолитов, а также ряда титано-, ниобо- и цирконосиликатов. Они могут быть использованы как заменители слюд, и на их основе могут быть получены новые материалы с особыми свойствами (катализаторы, сорбенты, термо- и электроизоляционные материалы, наполнители, высокопористые материалы для фильтров и т. д.).