CC BY
20
© В.В. Кармазин, А.С. Опалев, Д.В. Дядченко, С.А. Тамбасов, 2004
УДК 621.315.6
B.В. Кармазин, А. С. Опалев, Д.В. Дядченко,
C.А. Тамбасов
ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ УСТРОЙСТВА В СИСТЕМАХ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
~[Ъ азработка нового процесса (перколя--шГ ционной сепарации) для доизвлечения мелкого и тонкого золота из отвальных продуктов золотодобычи
Хорошо известно, что в естественных условиях в отвалах золотодобычи происходит сегрегация золота за счет его просачивания (пер-коляции) сквозь слой легких частиц пустой породы, которые в эфелях, полученных после обогащения на шлюзах в силу эффекта равно-падаемости оказываются значительно (на порядок) более крупными (рис. 1).
П.В. Лященко изучил явление равнопадае-мости, согласно которому коэф-фициент рав-нопадаемости рассчитывается по формуле [1]:
е =
йх
(^2 - А) ¥1
(1)
(^1 - А) ^2 I #1
где ё, 8, Д, у, и 0 - диаметры, плотности частиц и среды, коэффициенты разрыхления для смеси зерен легких (2) и тяжелых (1) минералов.
В естественных условиях такая двухфазная перколяция (просачивание не только жидкой, но и твердой фазы) идет очень медленно -приблизительно на 0,5-1м по высоте слоя за год, но через несколько лет почти все золото скапливается на плотике, если геологические условия это позволяют [2]. Природной сегрегации по плотности минералов, которая имеет место при любом гранулометрическом составе материала, способствуют движение грунтовых вод, периодические замерзания и оттаивания шламов или илов и т. п. Ниже пойдет речь об исследованиях по искусствен-
Рис. 1 Диаграмма раенопадаемости частиц золота и кварца
ному ускорению этого процесса с учетом вышеупомянутых обстоятельств, которые и привели авторов к созданию нового метода разделения минералов.
Рассмотрим идеализированную теоретическую модель этого нового метода разделения на основе известного закона действующих масс. 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].
Предположим, что скорость прохождения этих мелких тяжелых золотин (МТЗ) сквозь слой легких минералов в каждый данный момент времени будет прямо пропорциональна массе МТЗ - т, оставшихся в слое. В этом случае:
ёт/Л = -Кст, (2)
где ёт/Л - скорость прохождения (просачивания) тяжелых зерен сквозь слой легких, т -масса тяжелых зерен в слое, Кс - коэффициент скорости процесса сегрегационной сепарации, зависящий от соотношения плотностей и крупностей разделяемых минералов, подвижности слоя и других факторов. Знак «минус» показывает, что с течением времени т уменьшается.
Интегрирование уравнения (2) дает:
1п т = - КС1 + С
При 1=0 и т = т0 постоянная интегрирования С будет равна С = 1п т0. Тогда 1п т = - К^ + 1п т0, где т0 - масса зерен тяжелого минерала в начале процесса сегрегации (перколяции).
Преобразуя последнее выражение получим: т = т0 е-кс ‘ (3)
Отношение т/т0 представляет собой по определению извлечение мелкой тяжелой фракции в слой материала. В таком случае, извлечение тяжелой фракции на дно слоя в рабочей камере равно: е = 1 - т/т0 =1 - ек‘ (4)
Экспериментальная проверка показала хорошее соответствие практических результатов с теоретическими, полученными по формуле (4), однако более точно кинетику этого процесса описывает формула Ерофеева-Колмогорова
[4]:
1 к1п
8 = 1 -е (5)
где п - коэффициент, учитывающий вязкость слоя, форму частиц, их коэффициенты трения и другие неучтенные параметры.
Рассматриваемый нами процесс в том случае, когда легкие частицы более чем на порядок превосходят по крупности тяжелые частицы, по своей сути напоминает процесс грохочения, но просеивающая поверхность в отличие от сетки в нашем случае является насыпной. При этом слой крупных частиц может даже быть неподвижным, хотя эффективность процесса при этом будет конечно снижена. Однако если различия в диаметрах не так значительны, то просачивание будет скорее напоминать расслоение в минеральной среде по плотности, которое возможно только в условиях перемешивания слоя частиц или классификации при наличии восходящего потока (классифицирующий столбик) [5]. В случае, если все частицы приблизительно одного диаметра расслоение тяжелых и легких произойдет только в подвижном слое материала. Такое расслоение называют сегрегацией, оно уже немного изучено и зависит от величины различия между плотностями разделяемых минералов и интенсивности перемешивания смеси.
В реальных условиях все эти три процесса происходят здесь одновременно, и этот новый, комбинированный процесс исключает любые конкретные аналогии со всеми известными. Недопустимо также повышение скорости восходящего потока выше определенного продела, так как мелкое и пластинчатое золото «идет с
водой», не только по причине гидродинамического качества, но также из-за плохой смачиваемости, повышающей его «плавучесть».
В случае, когда тяжелые частицы меньше легких настолько, что могут двигаться сквозь слой последних, задача сводится к изучению механизма продвижения мелких частиц в по-ровых каналах крупных.
В связи с наличием мелких пор и капилляров в слое крупных частиц движение пульпы, несущей мелкие частицы по этим порам характеризуется малыми значениями чисел Рейнольдса, соответствующим ламинарному режиму течения. Параметры, характеризующие это движение могут быть найдены по формуле Гагена-Пуазейля:
= 320^1а>/Л (6)
где ^ - вязкость воды или пульпы, н-сек/м2; I -длина капилляра, м; ш - скорость движения пульпы с мелкими тяжелыми частицами в капиллярах, м/сек; ё - диаметр капилляра, м; 3 -плотность пульпы , кг/м3; Н - высота слоя, м.
Откуда можно найти скорость движения пульпы:
т= 5фа2/П0^1 (7)
В идеальном предельном случае, когда частицы кварца достаточно крупные, диаметр золо-тинок значительно меньше диаметра порового канала, а вязкость пульпы очень мала скорость ее просачивания можно определять по формуле Краснопольского [6]:
т=Кк <2%Н, (8)
где Кк - коэффициент Краснопольского, учитывающий влияние гидравлического сопротивления движению жидкости в поровых каналах.
В этом случае движение становится турбулентным, а процесс просачивания протекает очень быстро, но такие материалы встречаются крайне редко.
В общем, и наиболее реальном случае сегрегация будет происходить только при перемешивания всего слоя материала. Как известно, плотные суспензии на основе отвальных продуктов золотодобычи являются одним из видов неньютоновских сред. За счет присутствия глины такие суспензии могут приобретать вязкоупругие свойства. При этом суспензия будет обладать некоторым начальным напряжением сдвига т0, после преодоления которого она начинает течь, т.е. ведет себя как бингамов-ский пластик, подчиняясь уравнению Шведова -Бингама [6]:
т = т0 + ^ёт/ёп,
(9)
где г0, т - начальное и установившееся напряжение сдвига в слое, дин/см2; ^ - вязкость пульпы, дин-с/см2; ёт/ёп - градиент скорости, с-1; (п - вектор нормали к поверхности слоя).
Эпюра скоростей такого движения по высоте слоя представляет собой параболу с вершиной на дне слоя (т = 0). Сдвиговое движение способствует подъему крупных легких частиц в верхний слой (эффект Магнуса) и опусканию мелких и тяжелых частиц на дно, т. е. способно резко ускорить процесс сегрегации.
В общем случае ответы на все вопросы применимости сделанного выше теоретического подхода с определением конкретных значений расчетных коэффициентов может дать только корректный эксперимент. Учитывая что соотношение плотностей золота и кварца составляет 7,5^7,7, в эксперименте мы моделировали частицы золота свинцовыми шариками различной крупности, а кварца - пластмассовыми или алюминиевыми при постоянном соотношении диаметров - (8-9).
Д ля экспериментальной проверки рассмотренной
Длинна шнека см.
Рис. 2. Внешний вид лабораторной установки для определения параметров перколяции (просачивания) мелких тяжелых зерен сквозь слои крупных легких
выше теоретической модели процесса перколяционной сепарации нами была разработана и изготовлена модель лабораторного сегрегационного концентратора представленная на рис. 2. Конструкция состоит из горизонтального полого цилиндра, внутри которой находится рабочая зона сепаратора, диаметром 55 мм с прорезью внизу. Ширина прорези составляет 1,4(11. Где И - диаметр частиц, моделирующих МТЗ. Исходный материал засыпается в загрузочный бункер и посредством шнекового питателя подается в рабочую зону сепаратора. Шнек приводится во вращение мотор-редуктором со скоростью 12^24 об/мин. При помощи шнека также осуществляется поступательное движение исходной смеси вдоль рабочей зоны и постоянное перемешивание всего слоя материала. В процессе перколяционной сепарации свинцовые шарики «просачиваются» сквозь слой легких минералов (алюминиевые шарики) в рабочем пространстве сегрегатора и через прорезь попадают в «ловушки» для МТЗ. «Ловушки» расположены по всей длине рабочей зоны агрегата. Легкая фракция выталкивается шнеком в разгрузочный бункер. На этой установке проведена серия экспериментов, которая подтвердила правильность сделанного ранее вывода о том, что распределение золотин по длине шнека должно подчиняться уравнению Ерофеева (формула 5). В этом случае, с учетом экспериментально определенных коэффициентов Кс и п математическая модель процесса будет иметь вид:
£ = 1 — е1,2^ с доверительным интервалом ± 0,2, где I в см.
Полученные данные позволяют определить основные параметры шнекового перка-ляционного сепаратора для проектирования полупромышленной модели. После проектирования, изготовления и наладки такой модели предполагается ее испытания в полу-
Рис. 3. Зависимость извлечения мелких тяжелых фракций от длинны шнека
промышленных или стендовых условиях.
1. Лященко П.А. Гравитационные методы обогащения. - М.-Л., ГОНТИ. 1935.
2. Karmazin V.V., Miazin V.P., Protassov V.F. New routes to increasing precious metals' extraction and to Solving nature protection problems, resulting from processing wastes occuring after gold recovery. XXI IMPC, Roma, 2000.
3. Кармазин В.В., Пимов П.И. Принципы сепара-ционного массопереноса в турбулентных потоках пульп, содержащих полидисперсные и гетероген-
----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ную твердую фазу. - М.: МГГУ ГИАБ №4, 2001 г.
4. Кармазин В.И., Кармазин В.В. Магнитные методы обогащения. - М.: Недра, 1984.
5. Садковский Б.П. Теоретические обоснования и экспериментальные исследования новых аппаратов на основе гидравлического и сегрегационного разделения гравитационных уголковых концентраторов. - М.: Изд. МГТУ им Баумана, 2002.
6. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. -М.: Наука, 1970.
— Коротко об авторах
Кармазин Виктор Витальевич - профессор, доктор технических наук, Опалев А. С. - докторант,
Дядченко Д.В. - аспирант,
Тамбасов С.А. - магистр,
Московский государственный горный университет.
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВОЙТКОВСКАЯ Анна Юрьевна Экономический механизм безубыточного функционирования угледобывающих предприятий 08.00.05 08.00.10 к.э.н.
ДИНЬ ВАН ТХАНГ Разработка направленной защиты от однофазных замыканий на землю в распределительных сетях напряжением 6 - 10 КВ горных предприятий Вьетнама 05.09.03 к.т.н.
ДМИТИЕВ Владимир Владимирович Эколого-экономическое обоснование развития угледобывающих предприятий Ерунаковского района Кузбасса 08.00.05 к.э.н
