Технологии / техника / оборудование

Экспериментальное исследование процесса вибрационно-гравитационной концентрации для извлечения тонкого золота

В.В. Кармазин — д.т.н., руководитель НТЦ «Горно-обогатительные модульные установки», профессор МГГУ
М.М. Раджабов — аспирант

Аннотация

В статье предложен новый процесс вибрационно-гравитационной концентрации для извлечения мелкого и тонкого золота из отвальных продуктов и промпродуктов шлиходоводочных операций.

В научно-техническом центре МГГУ — «Горно-обогатительные установки» (НТЦ — ГОМУ)  под руководством д.т.н., профессора В.В. Кармазина с середины 90-х годов проводятся научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы по созданию эффективных обогатительных процессов и аппаратов, позволяющих повысить извлечение золота мелких классов при первичном обогащении песков россыпных месторождений, при повторной переработке техногенных отвалов, а также в операциях доводки промпродуктов и доизвлечения ценных самородных металлов высокой плотности из хвостов ЗИФ, ШОУ и ШОФ. Это магнитофлокуляционные концентраторы — приставки типа КПМФ, сегрегационно-диффузионный концентратор, магнитный сепаратор для шлиходоводки ВПБСц. Указанные разработки успешно прошли промышленную проверку на золотодобывающих предприятиях Республики Бурятии, Читинской, Амурской, Магаданской областей и Чукотки. Характерной особенностью этих технологий и устройств является их экологичность, так как в их основе лежат экологически чистые — гравитационные и магнитные методы обогащения.

Одним из объектов последних исследований НТЦ ГОМУ является новый процесс гравитационной концентрации как результат сегрегации в тонком слое и разработка на его основе аппарата для шлиходоводочных операций, способного составить конкуренцию широко применяемым в настоящее время концентрационным столам, центробежным концентраторам, магнито-жидкостным сепараторам.  Новый способ и устройство отличается простотой, отсутствием движущихся частей.

Известно, что скорость процесса сегрегации — расслаивания зерен полиминеральных смесей по высоте слоя в зависимости от крупности и плотности можно повысить изменяя ряд действующих на процесс факторов, в том числе уменьшая толщину слоя и увеличивая интенсивность вибраций. Это положение явилось отправной точкой в данной работе.

Исследуемый новый способ осуществляется следующим образом (рис. 1). Материал в виде густой водной суспензии, подается вертикально вниз по оси концентратора в его придонную область, где он затем поступает в рабочую зону расходящимся горизонтальным потоком в кольцевом зазоре малой толщины. В этот тонкий слой двигающегося горизонтально материала, снизу вертикально подается вода для его разрыхления.  Материал переходит из состояния густой водной суспензии в состояние разжиженной водной суспензии,  при этом на весь объем материала накладываются колебания (вибрации). Таким образом  в рабочей зоне частицы обогащаемого материала находятся во взвешенном  состоянии, при этом создаются условия для ускорения (интенсификации) процесса их расслаивания  по крупности и плотности под действием силы тяжести.
Èëëþñòð. Model (1)Горизонтальная скорость частиц материала при его движении в кольцевом зазоре рабочей зоны от центра устройства к внешнему диаметру естественно уменьшается вследствие увеличения площади зазора, которая пропорциональна радиусу R. Частицы повышенной плотности в результате сегрегационного расслаивания мигрируют вниз слоя и концентрируются в углублениях на нижней поверхности, ограничивающей рабочую зону. Поток материала, состоящий уже преимущественно из частиц низкой плотности выводится из рабочей зоны сначала горизонтально, затем  вертикально в кольцевом зазоре между внешней и внутренней стенками корпуса и разгружается в виде легкой фракции (хвостов).

Осаждение частиц в горизонтальном потоке жидкости.

В кольцевом зазоре рабочей зоны от центра устройства к внешнему диаметру при постоянстве расхода (питания) Q = v·S поперечное сечение S растет прямо-пропорционально радиусу зоны R, а скорость v – обратно- пропорционально радиусу зоны R. Горизонтальная скорость частиц материала при его движении в кольцевом зазоре рабочей зоны от центра устройства к внешнему диаметру естественно уменьшается вследствие увеличения площади зазора. Частицы повышенной плотности в результате сегрегационного расслаивания мигрируют вниз слоя и концентрируются в углублениях на нижней поверхности, ограничивающей рабочую зону. Поток материала, состоящий уже преимущественно из частиц низкой плотности, выводится из рабочей зоны сначала горизонтально, а затем  вертикально в кольцевом зазоре между внешней и внутренней стенками корпуса и разгружается в виде легкой фракции (хвостов).

Поток жидкости, содержащей твердые частицы, после поворота движется в горизонтальном направлении. Его течение характеризуется горизонтальной U(x) = Q/2π·r и вертикальной U(y) составляющими скорости. Частицы также имеют скорость движения относительно жидкости v(y). Определим траектории движения частиц. За время dt частица в горизонтальном направлении пройдет путь, равный №3_13_radgabov_formula1а в вертикальном

№3_13_radgabov_formula2

Решая эту систему уравнений, получаем:

№3_13_radgabov_formula3(1)

откуда

№3_13_radgabov_formula4

(2)

Постоянная интегрирования С определяется из условия: x=0, y=y0. На поверхности жидкости Uy(y)=0, а v(y)=v0. При падении в среде мелких зерен, скорость которых мала, диаметром сопротивления можно пренебречь и учитывать лишь вязкость среды. В этом случае конечную скорость вычисляем по формуле Стокса:

№3_13_radgabov_formula5

(3)

Резкое снижение горизонтальной скорости потока с увеличением радиуса (расстояний от центра)  приводит к снижению критерия Re и увеличению скорости осаждения частиц. Стесненное падение и вибрации повышают селективность разделения минералов по плотности. При этом в придонной части образуется уплотненный слой материала (постель), который движется только под действием   механических вибраций, вызываемых внешним вибратором.

В работах И.И. Блехмана, Г.Ю. Джанелидзе и В.Я. Хайнмана приведены теоретические основы процесса сегрегации. Разделение сыпучих смесей под действием вибраций рассматривается с учетом наличия сил взаимодействия между разделяемыми частицами типа сухого трения. Авторы приходят к следующему выводу: погружение или всплывание тел в сыпучей среде, подвергающейся вибрациям, может обуславливаться тремя взаимодействующими факторами:

— отличием плотности частицы от плотности среды;

— несимметрией сил сопротивления среды, при которой сила сопротивления при движении частиц вверх меньше, чем при движении вниз;

— несимметрией закона колебания среды.

Как отмечено в работе И.И. Блехмана, проникновение мелких частиц в промежутки между крупными частицами сопровождается уменьшением потенциальной энергии системы. Приведенные положения можно рассматривать как теоретическое объяснение процесса сегрегации. Скорость этого процесса зависит от количества и крупности золотинок, и чем ближе их размер к размеру поровых каналов, тем быстрее они «просачиваются» сквозь слой легких минералов в рабочем пространстве.

№3_13_radgabov_ris2

Рис. 2а, 2б и 2в. Осаждение минеральных частиц различной плотности под воздействием механических колебаний.

При отсутствии вибрации находящаяся в сосуде смесь разнородных частиц сыпучей среды в поле силы тяжести или дру­гом стационарном силовом поле (рис. 2) может иметь из-за действия сил сухого трения бесконечное число непрерывно распределенных поло­жений равновесия: она располагается так или почти так, как ее засыпали в сосуд. Если же подвергнуть вибрированию (не слишком интенсивному, чтобы не преобладала хаотическая компонента процесса, т.е. переме­шивание), то, в случае смеси крупных и мелких частиц одной плотности,  в результате воздействия вибрации крупные частицы расположатся над мелкими (рис. 2, а). В случае смеси частиц одинакового размера, но с различными плотностями, легкие частицы расположатся над тяжелыми (рис. 2, б), и, наконец, в случае смеси крупных и мелких частиц различ­ных плотностей нижнее положение займут мелкие тяжелые, затем распо­ложатся мелкие легкие, крупные тяжелые (или смесь мелких легких и крупных тяжелых), в верхнем положении окажутся крупные легкие части­цы (рис. 2, в).

Рассмотрим cтационарное распределение частиц двухкомпонентной смеси в замкнутом вибрирующем сосуде. При решении данной задачи примем простейшие предположения: рассмотрим одно­мерный случай при отсутствии медленных течений среды в целом и бу­дем считать, что коэффициенты а12 и b12 не зависят от пространствен­ной координаты z. Не зависящей от этой координаты полагаем также сум­марную объемную концентрацию с = с1 + с 2; при этом, используя отно­сительные концентрации с1/ с и с2 / с и сохраняя для них те же обоз­начения, будем иметь с1 + с2 = 1.

При учете соотношенийa12 =a21, b12 = — b21 и c1 = 1 -c2 эта сис­тема сводится к уравнению И.И. Блехмана№3_13_radgabov_formula6

Здесь z — пространственная координата, а и — функции z, которые определяются на основе изучения «быстрого» процесса или эксперимен­тально; они зависят от свойств и характеристик частиц, а также от пара­метров вибрации вблизи данной точки. При этом имеют место соот­ношения

№3_13_radgabov_formula7Функции aji характеризуют соответственно интенсивность диффузион­ных, abij — скорость упорядоченных движений частиц, причем > 0 по смыслу пропорционально сумме, abij — разности вероятностей обмена час­тиц j-й компоненты на одинаковое по объему количество частиц j-й ком­поненты за некоторый характерный промежуток времени t вблизи точки с координатой z.

№3_13_radgabov_formula8

в этих уравнениях играет роль коэффициента диффузии в уравнении Эйнштейна-Фоккера-Планка.

Проинтегрировав последнее уравнение с учетом того, что потоки частиц через верхнее и нижнее основания рабочего пространства равны нулю, получим№3_13_radgabov_formula9

где через

№3_13_radgabov_formula10

обозначена высота слоя, соответствующая общему объему частиц первой компоненты, a h есть общая высота слоя частиц обоих компонентов.

№3_13_radgabov_ris3

Рис. 3. Стационарное распределение «тяжелых» частиц двухкомпонентной сыпучей смеси в рабочем пространстве (1-промпродукт, 2- хвосты)

На рис. 3 приведены рассчитанные по последней формуле зави­симости распределения концентрации тяжелых частиц по высоте при их содержаниях в смеси, равных 0,1 и 9,4 (соответственно кривые 1-2). Иногда разделяемость частиц предлагается характеризовать вели­чиной площади, ограниченной ординатой с1 = 10, кривой распределения и осью абсцисс 0. Нетрудно показать, что в условиях рассмат­риваемого примера эта площадь равна b12ln 2/а12, т.е. характеризует соотношение коэффициентов, определяющих скорости упорядоченного и хаотического движений.

Результаты исследований

В качестве основных проб были использованы продукты обогащения ЗИФ а/с «Чукотка» были представлены промпродуктом и хвостами гравитационного передела золотоизвлекательной фабрики соответственно с содержанием золота 798 г/т и 9,3 г/т, серебра 1129 г/т и 32,28 г/т. Минеральный состав промпродукта и хвостов практически не отличается. В состав промпродукта и хвостов входят следующие тяжелые минералы: арсенопирит – 50-60%; галенит – 30%; пирит – 20%.

Анализ гранулометрического состава хвостов ЗИФ а/с «Чукотка» в исходном материале  показал, что 92 % материала находилось в классе — 0,2мм, и 70% в классе — 0,1 мм, а в  промпродукте 95 % материала находилось в классе — 0,25мм, 82% в классе — 0,2 мм и 40 % в классе — 0,1 мм.

Таблица 1. Гранулометрический состав проб.

Класс, мм Материал 1, % Суммарный выход, % Материал 2, % Суммарный выход, %
+0,4 0 0 0 0
-0,4+0,25 3,81 3,81 0 0
-0,25+0,14 19,64 23,45 11,34 11,34
-0,14+0,1 35,87 59,32 24,12 35,46
-0,1+0,071 23,42 82,74 29,37 64,83
-0,071+0,063 8,93 91,67 15,21 80,04
-0,063+0,05 5,54 97,21 12,49 92,53
-0,05+0 2,79 100 7,47 100

 

№3_13_radgabov_ris4

Рис.4. Кривые ситового анализа пробы. а – материал I, б –  материал II

По кривым гранулометрического состава видно, что в материал состоит преимушественно из мелких классов

При проведении испытаний масса навески составляла 3 кг,  частота вибраций — 100 Гц, амплитуда — 1мм, расход воды 6-8 л за один цикл концентрации, который по времени составлял 15 — 20 минут. После завершения концентрации подача питания и воды прекращалась, выключался вибратор, от концентратора отсоединялась нижняя часть с накопителем тяжелой фракции, продукты смывались, сушились, взвешивались, рассеивались для ситового анализа.

Полученный материал в виде  концентрата и хвостов отправляли в ЦИНИГРИ  для пробирного анализа.

По результатам пробирного анализа продуктов обогащения промпродукта ЗИФ а/с «Чукотка» установлено, что извлечение золота в концентрат составило 87,6 % с содержанием 9400 г/т. Извлечение при концентрации золота из хвостов ЗИФ составило 85 % с содержанием золота 101 г/т.

Таблица 2. Результаты испытаний тонкослойного гравитационного концентратора на золотосодержащих песках

Вид пробы Выход концентрата, % Содержание тяж. фракции в к-те, г/т Извлечение тяж. фракции в к-т, %
Промпродукт  ЗИФ а/с «Чукотка» ~ 3,3 9400 87,6
Хвосты ЗИФ а/с «Чукотка» ~ 3,4 101 82

Полученные результаты исследований на доводочном ВГК доказали эффективность вибрационно-гравитационного метода, а полученные сепарационные характеристики работы концентратора позволили сделать вывод о высокой эффективности данного метода при разделении труднообогатимых мелких и тонких классов золота и пустой породы.  Применение ВГК позволит увеличить извлечение золота и амальгамы при промывке песков и доизвлечении ценного компонента из промежуточных продуктов и хвостов золотоизвлекательных, шлихообогатительных фабрик и установок.

Выводы

Таким образом, предлагаемый процесс вибрационно-гравитационной концентрации, реализованный в разработанном по патенту НТЦ МГГУ   концентраторе, и новая комбинированная технологическая схема обогащения хвостов золотодобычи и доводки черновых концентратов позволят расширить границы извлечения мелкого, тонкого, тонкодисперсного и коллоидного золота.

Список литературы:

  1. Блехман И.И., Хайнман В.Я. О теории вибрационного разделения сыпучих смесей. Изв. АН СССР. Механика, 1965, №5, с. 22-30.
  2. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. М. Наука, 1964.
  3. Кизивальтер Б.В. Теоретические основы гравитационных процессов обогащения. М., Недра, 1979.
  4. Тихомиров В.И. Гидравлический классификатор. //Советская золотопромышленность. 1932. — №2-3, -с. 30-36.
  5. Кармазин В.В., Раджабов М.М., Измалков В.А. Исследование процесса расслаивания минеральных частиц различной плотности в гравитационно-сегрегационном концентраторе. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013, №7 с. 73-78.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии» № 3(21)/сентябрь 2013 г.

Добавить комментарий

Ещё из этого раздела
Опыт применения ЦВК в Бразилии
Д.В. Пугачев — генеральный директор ООО ГК «Пугачев и Партнеры»...
Гравитационные системы Итомак
С.И. Афанасенко — генеральный директор ЗАО «Итомак» Центробежные...
Гравитационный центробежный концентратор нового типа
Редакция журнала «Золото и технологии» представляет вашему...
Промприборы КС-1 — инструмент борьбы с потерями
Ю.Е. Кацман — к.т.н., профессор, почетный академик РАЕН В.А. Смирнов...
Регионы
^ Наверх