IZVODLJIVOST DOBIJANJA RETKIH ELEMENATA I INDUSTRIJSKIH MATERJALA IZ TEHNOLOŠKOG OTPADA RTB-a BOR (Četrnaesti deo - IZVODLJIVOST DOBIJANJA PIRITA IZ FLOTACIJSKE JALOVINE)

II.3.1. Izvodljivost dobijanja pirita iz flotacijske jalovine

Iz tabele II.3.2. videli smo da Flotacijska jalovina sadrži prosečno 14,27 % pirita. Pirit je najrasprostranjeniji sulfidni mineral gvožđa sa hemijskom formulom FeS₂, koji sadrži 46,67 % gvožđa i 53,33 % sumpora. Mineral pirit se javlja u različitim oblicima – sl. II.3.1.1.

 U prirodi je poznata i pojava alotropske modifikacije pirita u obliku markazita. Vizuelna razlika između pirita i markazita prikazana je na sl. II.3.1.2. 

Zbog svoje boje nalik zlatu, pirit i markazit često izazivaju zabludu da je to zlato, jer mnogi nedovoljno poznaju njihove osobine. Moguće je da do ove zablude dolazi i zbog činjenice da su pirit  i markazit poznati kao “nosioci zlata”.   U prirodnom obliku pirit i markazit, pored toga što se javljaju u lepim mineralnim oblicima, često se javljaju i kao mineralizovani fosili, zbog čega su cenjeni i kao ukrasni minerali za izradu nakita (sl. II.3.1.3.).

Sem toga, veruje se da mineral pirit predstavlja tzv. “zaštitni kamen”, koji navodno štiti vlasnika od bilo koje negativne energije na fizičkom, mentalnom i emocionalnom nivou, zbog čega je “preporučljivo” njegovo nošenje prilikom obavljanja tzv. “opasnih poslova”, ali nije preporučljivo uzastopno nošenje ovog kamena duže od tri dana. Zbog navedenih osobina cene većih komada ovih minerala na svetskom tržištu dostižu vrednost od 25-30 dolara po kg.

            Inače, zbog tvrdoće pirita od 6-6,5 po Mosovoj skali, tokom svog istorijata i pirit i markazit su zajedno sa kremenom prvo bili korišćeni za paljenje vatre, po čemu je pirit i dobio svoj naziv od grčke reči pir - vatra. Razlika između zlata i pirita je u njihovoj gustini (gustina pirita je 5 kg/dm³, a zlata 19,3 kg/dm³). Svoj najveći značaj pirit i markazit su ostvarili kada je odpočelo njihovo korišćenje za proizvodnju sumpora i sumporne kiseline.  

U cilju industrijskog izdvajanja pirita od flotacijske jalovine urađena su istraživanja sa idejom da se piritu promene fizičko hemijske osobine, kako bi se stvorila mogućnost njegovog izdvajanja iz jalovine pomoću magnetnih separatora. Izvodljivost navedene ideje može se ostvariti tzv. mehano-hemijskim tretmanom flotacijske jalovine u vibracionom mlinu uz dodavanje NaOH.

Mehanohemija je definisana kao nauka, koja proučava fizičko hemijske promene materije pod uticajem mehaničke energije. Zbog nedovoljnog poznavanja tog fenomena, tokom mehanohemijskog tretmana nije izvodljivo pouzdano podešavanje uslova prilikom korišćenja raznih vrsta mlinova. Ono što se pouzdano zna jeste činjenica da se tokom mehano hemijskog postupka dešavaju mehano hemijske reakcije, koje izazivaju promenu strukture tretiranog materjala vršeći plastičnu deformaciju, smicanje, lom čestica, lokalno zagrevanje, emisiju elektrona itd. Zbog nedovoljnog poznavanja svih zakonitosti mehano hemijskog postupka njegova primena u praksi ograničena je uglavnom na eksperimentalni nivo.   

U konkretnom slučaju mehano-hemijskim tretmanom flotacijske jalovine u vibracionom mlinu vrši se promena koordinacije kristalnog polja pirita u spinski kompleks jarozita, čime se ujedno vrši i promena njegovih magnetičnih osobina. Kompleks koji nastaje iz pirita pripada takozvanoj jarozitnoj grupi minerala hemijske formule xFe₃ (SO₄)₂(OH)₆, gde x može biti K, Na Mg, Ag, NH₄. Nastali kompleks iz grupe jarozita je sulfat alkalija i gvožđa sa konstitucionalnom vodom i sa promenjenim optičkim i magnetnim osobinama, a sastoji se od centralnog jona metala gvožđa Fe³⁺ okruženog ligandima, koji se smatraju tačkastim naelektrisanjem. Nakon navedenog postupka pirit iz flotacijske jalovine može se izdvojiti pomoću magnetnog separatora. Šematski izgled vibracionog mlina sa kuglama prikazan je na sl. II.3.1.4.

U vibracionom mlinu tretirani materjal i kugle smešteni su u posudu, koja osciluje u sva tri ortogonalna pravca, što izaziva komplikovano kretanje materjala i kuglica. Vreme potrebno za izazivanje početnih reakcija je vrlo kratko. Važni faktori ovog procesa su brzina i frekvencija udara.   

Izražen rast magnetizacije je posledica transformacije antiferomagnetske faze u feromagnetsku. Naime, pirit pripada grupi paramagnetičnih minerala. Kao bisulfid gvožđa pirit kristališe teseralno (kubično) u pentagonskoj hemiedriji. Gvožđe u strukturi pirita popunjava 3 od pet 3d orbitala i ima šest praznina d²sp³, što ukazuje na uticaj liganda na elektronsku konfiguraciju centralnog jona. Odbijanje liganada i elektrona u orbitali dx²-y² i dz² ima jači intenzitet nego u dxy, dxz i dyz orbitali. Zbog toga jače odbijeni elektroni iz dx²-y² i dz² orbitale stvaraju neznatni magnetni moment u kristalnoj rešetki pirita, usled čega je on paramagnetičan.

Uprošćeno proces transformacije pirita nastaje udarom meljućeg tela u pirit, što se može prikazati sledećom reakcijom:

FeS₂ + Fe = 2FeS,

Fe iz gornje reakcije potiče od meljućeg tela (čelične kugle), a kao produkt reakcije nastaje pirotin FeS (poznat i kao trolit). Pirotin kristališe heksagonalno i retko se može naći u obliku pojedinačnih jasnih kristala i magnetičan je.

Tokom mehano – hemijskog tretmana pirita iz flotacijske jalovine dolazi i do reakcije oksidacije nastalog pirotina:

FeS + 2O₂ = FeSO₄

Zbog dodavanja NaOH (oko 4 %), prilikom mehano – hemijskog tretmana pirita iz flotacijske jalovine, dolazi i do promene koordinacionog broja gvožđa iz pirita, usled povećanja radijusa liganda, tako da oko centralnog jona gvožđa više ne može da stane šest jona, već samo četiri, usled čega nastaje veći broj Fe³⁺ nego što bi se desilo da u mehano – hemijskom procesu ne učestvuje reagens NaOH. Zbog povećanog broja Fe ³⁺ dolazi i do povećanja magnetne indukcije.

Za pojašnjenje navedenih promena treba napomenuti da se tokom navedenog postupka vrši i izvestan rad u iznosu od oko 730 KJ/mol, potreban za cepanje pet nivoa d orbitale slobodnog jona gvožđa iz pirita u oktaedarskom ligandnom polju, koji troši određenu količinu energije. Ta energija nastaje kao proces pretvaranja mehaničke u toplotnu energiju i iznosi 7,3 x 103 KJ/mol. 

Istraživanja pokazuju da je za mehano-hemijsku reakciju, pored atmosfere, važan i maseni odnos kuglica prema prahu (tj. potrebno je oko 20-25 % kuglica da bi konverzija magnetizacije nakon 5 časova iznosila 40-70%.

U novije vreme, zbog sadržaja velikih količina gvožđa i sumpora, kao i iscrpljivanja bogatih rudnih nalazišta rude gvožđa, pirit se sve češće smatra strategijskim mineralom, zbog izvodljivosti njegove prerade radi dobijanja sumpora i sumporne kiseline, koji su osnov hemijske industrije, zatim radi dobijanja gvožđa, kao i radi iskorišćenja viška toplotne energije iz procesa prženja pirita. Zbog toga, najjednostavnije i najprofitabilnije izdvajanje pirita iz flotacijske jalovine vrši se pomoću gravitacione koncentracije. Jedan od mnogih uređaja za izvodljivu gravitacionu koncentraciju pirita iz flotacijske jalovine prikazan je na sl. II.3.1.5.

Nenad Radulović