Эффективность гидроциклонирования в области обогащения драгметаллов

Д.А. Клишин — начальник отдела разработки горно-обогатительного оборудования фирмы «Ротор»
В.Г. Оленников — генеральный директор фирмы «МашГео», к.т.н.

Широкое применение гидроциклонов в подготовительных операциях технологии обогащения золотосодержащих природных песков и техногенных отложений в комплексных разработках ООО «Ротор» связано с необходимостью обесшламливания и обезвоживания пульпы и получения песковой фракции оптимальной плотности перед основной сепарацией. Шламы (илы, муть) представляют собой мельчайшие фракции (главным образом глины), обычно не содержащие больших количеств ценных минералов. Особые трудности создают шламы при промывке на оборотной воде. На первый взгляд гидроциклоны представляют собой простые неподвижные цилиндроконические аппараты, пульпа в которых подается под давлением (0,5–3,0) 10⁵ Па по спирали к внутренней поверхности цилиндра. В действительности вихревой поток в гидроциклоне имеет сложное гидродинамическое движение, частота потока внутри гидроциклона достигает нескольких тысяч оборотов в минуту, особенно в аппаратах малого размера. Центробежная сила внутри гидроциклона на несколько порядков превосходит силу тяжести. Применение центробежных полей с ускорением в десятки и тысячи «g» позволяет резко снизить крупность разделения по сравнению с гравитационной классификацией.

Классы крупности, мм	Извлечение золота, %
	Определение
	I	II		III	Средневзвешенное
-2+1	100,0	100,0		100,0	100,0
-1+0,5	100,0	100,0
-0,5+0,25	100,0	100,0
-0,25+0,1	87,2	99,4	97,5	93,2	92,8
-0,1		92,3
Итого:	98,0	98,5		99,1	98,5

Таблица 1.

Фактор разделения

F_разд=u_t²/Rq = Rn²/900

Таким образом, интенсивность центробежного поля по сравнению с гравитационным зависит от числа оборотов (n об/мин) и от радиуса (R, м). Скорость движения жидкости в гидроциклоне можно разложить на три составляющие: тангенциальную (υ_t), направленную перпендикулярно к радиусу вращения; радиальную скорость (U), направленную к оси вдоль радиуса гидроциклона; вертикальную (осевую или аксиальную) скорость, направленную вниз или вверх, эта скорость в зависимости от потока имеет знак плюс или минус (рис.1). Зерна, попавшие в зону внутреннего восходящего потока, выносятся из гидроциклона в слив, оставшиеся во внешнем потоке — переходят в пески. Самые мелкие и легкие зерна движутся по траектории воды в слив. Для расчета работоспособности гидроциклона требуется ряд исходных конструкторских и технологических параметров:

• диаметр цилиндрической части гидроциклона;
• размер и форма питающего пат4 рубка;
• размер сливного патрубка;
• размер пескового отверстия;
• давление на входе;
• угол конусности;
• гранулометрический состав материала;
• плотность исходного продукта;

Технологический расчет гидроциклона сводится к определению производительности аппарата, выбору размеров и количества их по известной заданной производительности, а также к определению крупности продуктов. Производительность гидроциклона Q л/мин определяется по формуле (В.И. Шохин, А.Г. Лопатин):

Q=5K_DK_ád_питd_сл√gH ,

где:

d_питd_сл — диаметр питающего и сливного отверстий, см;
g — ускорение свободного падения;
H — давление на входе, кгс/см² ;

K_D и K_á — эмпирические коэффициенты, учитывающие диаметр гидроциклона и угол конуса, определяются по формулам:

K_D=0,8+1,2/1+0,1D;
K_á при á=20° равен 1.

Широким спросом на обогатительных предприятиях пользуются гидроциклоны в комплексных технологических схемах классификации и обогащения.

Рисунок 1.

Глубокий анализ эффективности работы блока гидроциклонов был проведен в Норильске на объектах ЗАО «Рутений» по обогащению техногенных отложений, содержащих минералы платиновой группы (МПГ) и золота. В 2002 году ОАО «Иргиредмет» (Маньков В.М., Томин В.С,) по проекту ГУП «Сибгипрозолото» (Реймер В.И.) были проведены научно-исследовательские работы по дополнительному извлечению золота из эфелей текущей добычи драги 250-ДМ в Монголии, которые показали высокую эффективность узла гидроциклонирования (рис. 2) на опытно-промышленной установке (ОПУ).

Классы крупности, мм	Массовая доля классов крупности, %
	в сливе ГЦК-360		в сливе ГЦД-360
	каждого класса	суммарно по плюсу	каждого класса	суммарно по плюсу
+0,25	0,6	0,6	-	-
-0,25+0,1	6,6	7,2	0,5	0,5
-0,1	92,8	100,0	99,5	100,0
Итого:	100,0		100,0

Таблица 2.

Узел гидроциклонирования ОПУ, предназначенный для обезвоживания пульпы и получения песковой фракции оптимальной плотности перед основной сепарацией, представляет собой батарею из шести параллельно установленных гидроциклонов диаметром 360 мм: три короткоконусных — ГЦК-360 (120^О) и три длинноконусных — ГЦД-360 (20 град). Отвальные сливы гидроциклонов раздельно по трубам самотеком направлялись в отвал в правую хвостовую колоду, а пески гидроциклонирования объединялись и поступали самотеком на центробежные концентраторы КЦА-1,0 для обогащения.

На протяжении всего периода испытаний ОПУ работа узла гидроциклонирования была надежной и стабильной. Не было ни одной остановки ОПУ, связанной с неполадками в его работе. Перед определением технологических показателей работы узла гидроциклонирования провели серию испытаний по оптимизации режимов его работы путем подбора песковых насадок различного диаметра с целью получения оптимального соотношения Т:Ж в песках гидроциклонов перед основной сепарацией. Анализ результатов работы гидроциклонов в схеме ОПУ показывает, что при установленных технологических режимах, они обеспечивают примерно одинаковое и эффективное извлечение золота всех классов крупности, включая мелкое и особо мелкое, в песковую фракцию. Однако эффективность обогащения и плотность песковой фракции у короткоконусных гидроциклонов выше (на 12–13 % и в 3–4 раза соответственно), а эффективность классификации по крупности песков 0,1 мм ниже, чем у длинноконусных. Выход слива ГЦК более чем в три раза превышает выход слива ГЦД, а массовая доля фракции крупнее 0,1 мм в сливе ГЦК более чем в 10 раз больше данного показателя у ГЦД практически без больших различий в извлечении, что является проявлением обогатительных свойств короткокоусных гидроциклонов. Золото, теряемое со сливами гидроциклонов, полностью представлено фракцией менее 0,25 мм, в том числе около 90% фракци4 ей менее 0,1 мм. Крупность золота в песках гидроциклонов близка к ситовому составу золота в их питании. Таким образом, выбор типа гидроциклонов для использования в технологических схемах обогащения песков должен определятся целью операции. Для обезвоживания продуктов целесообразнее использовать длинноконусные гидроциклоны, которые позволяют получать оптимальную плотность песковой фракции, а для обогащения материала — короткоконусные гидроциклоны.

Рисунок 2.

ООО «Ротор» разработаны и внедрены базовые типоразмеры длинноконусных и короткоконусных гидроциклонов диаметрами от 50 мм до 1400 мм. с производительностью от 2 до 1250 м³/час (сертификат соответствия № РОСС RU.АИ44.Н00854), в тоже время базовые модели дорабатываются под условия заказчика. Рабочие поверхности гидроциклонов футерованы износостойким полиуретаном. По требованию заказчиков разработаны модификации гидроциклонов из нержавеющей стали.

В последнее время гидроциклоны успешно применяются для очистки дождевых стоков (ООО «АВФ Ватер Технолоджи» — по тендеру) и технической воды от тяжелых примесей и нефтепродуктов (Верхне-Салымское нефтяное месторождение — по тендеру, ФГУП «Ю-В.ж.д.» ТЧ Поворино, ЗАО «Эко Технологии» и др.).

---

Наш адрес:
300041, г. Тула, Красноармейский проспект, д. 7.
Тел.: (4872) 25-31-58, 56-95-62, 56-95-80. Факс: (4872) 25-35-47.
E-mail: d_klishin@zaorotor.ru. www.rotor.nm.ru

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 4 (7)/декабрь 2009 г.