12 ноября 2024, Вторник
ТЕХНОЛОГИИ / ОБОРУДОВАНИЕ
arrow_right_black
30 сентября 2013

Экспериментальное исследование процесса вибрационно- гравитационной концентрации для извлечения тонкого золота

В статье предложен новый процесс вибрационно-гравитационной концентрации для извлечения мелкого и тонкого золота из отвальных продуктов и промпродуктов шлиходоводочных операций.
messages_black
0
eye_black
185
like_black
0
dislike_black
0
В.В. Кармазин — д.т.н., руководитель НТЦ «Горно-обогатительные модульные установки», профессор МГГУ
М.М. Раджабов — аспирант

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 научноисследовательские 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 промпрдуктов 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.

схема движения.jpg

Рис. 1. Схема движения материала тонким слоем с разделением на фракции.

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.

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
Табл. 3. Гранулометрический состав проб.

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).

осаждение.jpg

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

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
ф1.jpg
а в вертикальном

dy = [U y(y) - v(y)]dt

Решая эту систему уравнений, получаем:

ф2.jpg(1)

откуда
ф3.jpg(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:

ф4.jpg(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.

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 + с2; при этом, используя относительные концентрации с1/с и с2 и сохраняя для них те же обозначения, будем иметь с1 + с2 = 1.

При учете соотношений а12 = а21, b12 = - b21 и с1 = 1 - с2 эта система сводится к уравнению И.И. Блехмана

ф5.jpg(4)

Здесь z — пространственная координата, а aij и bij — 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

aij = aji, bij = bji

Функции aji характеризуют соответственно интенсивность диффузионных, abij — скорость упорядоченных движений частиц, причем aij > 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.

Сумма ф6.jpg
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

ф7.jpg(5)

где через ф8.jpg
обозначена высота слоя, соответствующая общему объему частиц первой компоненты, a h есть общая высота слоя частиц обоих компонентов.

На рисунке 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 — 0,2 мм, и 70% в классе — 0,1 мм, а в промпродукте 95 % материала находилось в классе — 0,25 мм, 82% в классе — 0,2 мм и 40 % в классе — 0,1 мм.

стацион распред.jpg

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

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

При проведении испытаний масса навески составляла 3 кг, частота вибраций — 100 Гц, амплитуда — 1 мм, 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.

кривые анализа.jpg

Рис. 4. Кривые ситового анализа пробы: а — материал I; б — материал II.

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.

Вид пробы  Выход концентрата, %  Содержание тяжелой
фракции в
концентрате, г/т
 Извлечение тяжелой
фракции в концентрат, %
 Промпродукт
ЗИФ а/с «Чукотка»
 ~ 3,3  9400   87,6
 Хвосты ЗИФ
а/с «Чукотка»
 ~ 3,4      101      82
Табл. 2. Результаты испытаний тонкослойного гравитационного концентратора на золотосодержащих песках.

Табл. 2. Результаты испытаний тонкослойного гравитационного концентратора на золотосодержащих песках.

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.

книга.jpg1. 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. 1 932. — № 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.

28.10.24
Мал золотник, да дорог: как разработка завода «Тульские машины» позволяет добывать больше 95% золота из упорной руды
08.08.24
Изменение камеры дробления повышает производительность ДСК
02.07.24
ТД «Кварц» повышает КИО мельниц и снижает массы узлов
02.07.24
Исключая риски: где достать запчасти на шламовые насосы FLS?
02.07.24
Новая высокоэффективная технология извлечения золота и других химических элементов из техногенных минеральных образований
18.06.24
Всё из ничего: решения для золотодобытчиков от НПО «РИВС»
11.06.24
Инновации: к экономии через испытания
04.04.24
Поиск возможности повышения технологических показателей процессов CIP и CIL
04.04.24
Поиск технологии «под руду» — комплексное изучение руды месторождения Самолазовское
04.04.24
Российские центробежные концентраторы ИТОМАК
04.04.24
Буровые установки для разведки россыпей
04.04.24
Импортозамещение комплектующих для оборудования FLSmidth и Falcon от компании «Инжиниринг ПолиЛайн»
04.04.24
Сварочные и наплавочные материалы для упрочнения и восстановления горнодобывающего оборудования и техники
02.02.24
Комбинированное футерование загрузочных телег мельниц
02.02.24
Доработка щелевых фильтров для смазочных установок
02.02.24
Реверс-инжиниринг, импортозамещение, ремонт и модернизация зарубежных редукторов и мотор-редукторов
02.02.24
Флотореагенты производства НПП «Химпэк» — достойная российская альтернатива импорту
02.02.24
Технологический аудит и модернизация обогатительных фабрик
02.02.24
Промприбор ГГМ-3 — самое востребованное оборудование ММЗ
02.02.24
Life of Mine. Преимущества перед традиционными способами планирования горных работ
Смотреть все arrow_right_black



Яндекс.Метрика