Influence of High-Voltage Electromagnetic Pulses on Technological Properties of Diamond Crystals and Kimberlite Rock-Forming Minerals

• Autorzy: Anashkina N. E. , Bunin Igor Zh. , Khachatryan G. K.

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2019-02-23

Warianty tytułu

PL

Wpływ wysokonapięciowych impulsów elektromagnetycznych na właściwości technologiczne kryształów diamentu i minerałów tworzących skały Kimberlite

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For optimization of diamond processing technology the influence of nanosecond high voltage pulses on mechanical and technological properties of diamond crystals and kimberlite rock-forming minerals (calcite, olivine, serpentine) was investigated. Using methods of Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), microscopy and mikrohardness measurement the changes of structural, physic-chemical surface properties, and microhardness of minerals as the result of impacts, was studied. Non-thermal impacts caused a decrease of kimberlite rock-forming minerals microhardness in general to 40–66% as the result of surface microstructure destruction which is caused by formation of micro cracks, traces of surface breakdown and other defects. At the same time, the pulse energy impact on natural diamonds led to formation of B2 type crystal lattice microsift defects, elevated concentration of which increases the hardness properties of crystals. The obtained result indicates possibility of applying pulsed energy effects to improve the softening efficiency of diamond-bearing kimberlites rock-forming minerals without damaging the diamond crystals and ensuring their preservation by the subsequent grinding of ores. The effect of increasing the natural diamonds flotation activity by 14% (from 47% to 61%) was experimentally established as a result of processing diamond crystals with nanosecond pulses (~ 10–50 sec), which indicates the principal possibility of using pulsed energy impacts to intensify the diamond flotation during processing diamond-bearing kimberlites.

PL

W celu optymalizacji technologii przeróbki diamentów zbadano wpływ impulsów wysokiego napięcia nanosekundowego na właściwości mechaniczne i technologiczne kryształów diamentu i minerałów tworzących skały kimberlitowe (kalcyt, oliwin, serpentynit). Przy pomocy metod spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR), rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronowej (XPS), mikroskopii i pomiaru mikrotwardości badano zmiany strukturalnych, fizykochemicznych właściwości powierzchni oraz mikrotwardości minerałów w wyniku uderzeń. Uderzenia nietermiczne spowodowały zmniejszenie mikrotwardości minerałów tworzących skały kimberlitowe ogólnie do 40–66% w wyniku zniszczenia mikrostruktury powierzchni, spowodowanego powstawaniem mikropęknięć, śladów rozpadu powierzchni i innych wad. Jednocześnie wpływ energii impulsu na naturalne diamenty doprowadził do powstania defektów mikroprzesunięcia sieci krystalicznej typu B2, których podwyższone stężenie zwiększa właściwości twardości kryształów. Uzyskany wynik wskazuje na możliwość zastosowania efektów pulsacji energii w celu poprawy wydajności zmiękczania zawierających diamenty minerałów tworzących skały jak kimberlity, bez uszkadzania kryształów diamentu i zapewnienia ich zachowania w czasie późniejszego mielenia rudy. Efekt zwiększenia naturalnej aktywności flotacyjnej diamentów o 14% (z 47 do 61%) ustalono eksperymentalnie w wyniku przetwarzania kryształów diamentu za pomocą impulsów nanosekundowych (~ 10–50 sekund), co wskazuje na główną możliwość wykorzystania energii pulsacyjnej. Impulsy wpływają na intensyfikację flotacji diamentów podczas przetwarzania kimberlitów zawierających diamenty.

Słowa kluczowe

EN

kimberlite; diamonds; high-voltage nanosecond pulses; hydrophobicity; micro-hardness; floatability

PL

kimberlit; diamenty; impulsy nanosekundowe wysokiego napięcia; hydrofobowość; mikrotwardość; flotowalność

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 21, nr 1/2
• Strony: 133--138
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Anashkina N. E.

• Federal state budgetary institution «N.V. Mel’nikov Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources RAS», Russia, Moscow, Kryukovsky deadlock, h. 4, 111020

autor

Bunin Igor Zh.

• Federal state budgetary institution «N.V. Mel’nikov Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources RAS», Russia, Moscow, Kryukovsky deadlock, h. 4, 111020

autor

Khachatryan G. K.

• Federal State Unitary Enterprise «Central Geological Research Institute for Nonferrous and Precious Metals», Russia, Moscow, Varshavskoe sh., h. 129/1, 117545

Bibliografia

• 1. ANASHKINA, N.E., KHACHATRYAN, G.K., Primenenie metoda ik-fur'e-spektroskopii dlja ocenki tehnologicheskih svojstv i kachestva almaznogo syr'ja. Rudy Met. no. 3. 2015. p. 70.
• 2. BUNIN I.Zh., et.al. Eksperimental'noe obosnovanie mehanizma impul'snyh energeticheskih vozdejstvij na strukturno-himicheskie svojstva i mikrotverdost' porodoobrazujushhih mineralov kimberlitov. Fiz.Tekh. Probl. Razrab. Polezn. Iskop. № 4. 2015. 130-142.
• 3. BUNIN, I.Zh., et.al. Eksperimental'noe issledovanie neteplovogo vozdejstvija moshhnyh jelektromagnitnyh impul'sov na upornoe zolotosoderzhashhee syr'e. Bull. Russ. Acad. Sci:. Phys. v. 65, no. 12. 2001. p. 1788.
• 4. CHANTURIYA, V.A., et.al., Kombinirovannye processy izvlechenija almazov iz metasomaticheski izmenennyh kimberlitovyh porod. Fiz.Tekh. Probl. Razrab. Polezn. Iskop. № 2. 2017. 117-127.
• 5. CHANTURIYA, V.A., et.al. State-of-the-art of the diamond industry in Russia and in world’s top diamond-producing countries. Gorn. Zh. no. 3, 2015. p. 67.
• 6. CHANTURIYA, V.A., et.al. Vskrytie upornyh zolotosoderzhashhih rud pri vozdejstvii moshhnyh jelektromagnitnyh impul'sov. Bull. Russ. Acad. Sci. V. 366. № 5. 1999. 680-683.
• 7. CHEREPENIN, V.A. Relativistic multiwave oscillators and their possible applications. Phys.Usp. v. 49. no. 10. 2006. p. 1097.
• 8. EVANS, T., et.al. Conversion of platelets into dislocation loops and voidite formation in type IaB diamonds. Proc. R. Soc. v. 449. 1995. 295 p.
• 9. KHACHATRYAN, G.K. Azotnye i vodorodnye centry v almaze, ih geneticheskaja informativnost' i znachenie dlja reshenija prognozno-poiskovyh zadach. Rudy Met. no. 4. 2009. p. 73.
• 10. MESYATS, G.A. Pulse Electrical Engineering and Electronics. Mos cow: Nauka. 2004.
• 11. MINENKO, V.G., BOGACHEV, V.I. O vzaimosvjazi gidrofobnosti i jelektrokineticheskogo potenciala poverhnosti sinteticheskih almazov. Obogashch. Rud. nos. 1–2. 1999. p. 36.
• 12. NALETOV, A. M., et.al. Vlijanie opticheski aktivnyh centrov na prochnostnye svojstva almaza. Dokl AN SSSR. №7. 1979. p.83-86.
• 13. RAIZER, Yu.P. Gas Discharge Physics. Dolgoprudnyi: Intellekt. 2009.
• 14. SHAFEEV, R. Sh., et.al. Vlijanie ionizirujushhih izluchenij na process flotacii. M.:Nauka. 1973. 58s.
• 15. SOBOLEV, E.V. Petrology of the Earth’s Crust and the Upper Mantle. Novosibirsk: Nauka. 1978. p. 245.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).