CC BY
34
© А.Р. Смольяков, 2013
УДК 622.7.017: 622.75 А.Р. Смольяков
ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СРОСТКОВ В ПРОЦЕССАХ ГРАВИТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ
Рассмотрено влияние минерального состава на плотность бинарных сростков золота с породообразующими минералами. Раскрытие минерала начинается при крупности частиц, равной максимальному размеру Ьмакс его зерен. Параметр Ьмакс определяет размер технологического сростка Омакс, который должен являться граничной крупностью классификации руды перед первой стадией обогащения. Ключевые слова: минерал, золото, раскрытие, зерно, сросток, плотность, гравитационное обогащение.
Раскрытие любого минерала при измельчении руды начинается при крупности частиц, не превышающих значение максимальной естественной длины ^акс его зерен. При этой крупности появляются первые раскрытые зерна и богатые сростки минерала, которые уже можно обогащать. В целом класс крупностью -^акс+0 в технологическом отношении уже подготовлен для обогащения и его следует своевременно, по мере его образования, выводить из цикла измельчения руды и направлять на обогащение, в процессе которого удаляются в хвосты раскрытые зерна пустой породы и бедные сростки с содержанием ценного компонента менее 10—12 %. Класс крупностью -^акс+Вср содержит сростки и раскрытые зерна обогащаемого минерала и для полного его раскрытия необходимо его доизмельчение до крупности -Вср+0. Для класса -^акс+0 более тонкая его часть, имеющая крупность частиц обогащаемого минерала менее значения средней ширины его зерен, т.е. класс -Вср+0, содержит только раскрытые частицы и не должна под-
вергаться дальнейшему измельчению. Поэтому оптимальными являются технологические схемы, в которых после каждой стадии измельчения предусмотрено выделение раскрытых частиц рудного минерала крупностью -Вср+0 мм и обогащение их с целью получения конечного концентрата.
Схема обогащения измельченной руды определяется технологическими свойствами минеральных частиц: их минеральным составом, размером, плотностью, электромагнитными и другими свойствами. Для процессов гравитационного обогащения золота, например, наиболее важными являются размер частиц и их плотность. Раскрытые частицы золота имеют практически постоянное значение плотности, обычно около 17 г-см-3, и различаются друг от друга своими геометрическими параметрами. Золотосодержащие сростки отличаются друг от друга не только геометрическими параметрами, но и плотностью, которая определяется их минеральным составом и содержанием минералов. Таким образом, минеральный состав, размеры, форма и плотность
сростков предопределяют их технологические свойства и, следовательно, возможность и способ их эффективного обогащения.
Рассмотрим влияние минерального состава сростков на их плотность. Будем считать, что сростки в технологическом классе в диапазоне крупности -Ьмакс+Вср состоят из двух минералов: рудный+нерудный, рудный + рудный и нерудный+нерудный. Определяющее значение имеют минералы, с которыми ценные компоненты образуют ассоциации.
Для анализа технологических свойств сростков наиболее важными, так сказать "крайними", являются сростки золота с наиболее легким и наиболее тяжелым породообразующим минералом и с рудными минералами, если последние присутствуют в руде и ассоциируют с золотом. Плотность q сростка, состоящего из двух минералов — рудного и нерудного с плотностью qj и qj , соответственно, может быть определена по формуле
q = Gj ( qj - qj ) + qj. (1)
где Gj — объемное качество сростка, т.е. объемное содержание золота в сростке, доли ед. Содержание минеральных фаз в сростках определяется с помощью микроскопического метода анализа изображения (Image Analysis) [1].
При обогащении золота основной интерес представляют технологические свойства сростков золота с ассоциирующими с ним минералами. Из породообразующих минералов золотосодержащих руд наиболее низкую плотность имеют полевой шпат (2,54^-2,76), кварц (2,65), кальцит (2,7), для черносланцевых пород — углистый сланец (1,8^2,3), а наиболее тяжелым является барит (4,3^4,7).
Самым распространенным минералом, образующим тесные ассоциации с золотом, является кварц, поэтому значение его плотности можно принять за минимальное среди основных породообразующих минералов. Основная часть нерудных минералов, ассоциирующих с золотом, имеет плотность в интервале значений от 2,6 до 3,3. Плотность основных рудных минералов, образующих ассоциации с золотом, заключена в диапазоне значений от 4 до 8,4. В этот диапазон плотности входят гематит, магнетит, ильменит, антимонит, киноварь, аргентит, пирротин, гессит, галенит, арсенопирит, пирит и другие рудные минералы.
В некоторых месторождениях промежуточную по плотности группу минералов, ассоциирующих с золотом, образуют марматит, гетит, сидерит, сфалерит, халькопирит, азурит и оксиды марганца. Плотность минералов этой группы заключена в диапазоне значений от 3,5 до 4,4. Откладывая на диаграмме по оси абсцисс объемное содержание золота в частице, а по оси ординат значения плотности ассоциирующих с золотом минералов для каждого исследуемого типа руды, получим соответствующие зависимости плотности образующихся при измельчении руды бинарных сростков от содержания в них золота.
Так, например, для золотокварце-вых руд, состоящих в основном из кварца, полевых шпатов, кальцита, хлорита и рудных минералов — пирита, галенита и сульфидов меди, зависимость плотности бинарных сростков этих минералов с золотом представлена на рис. 1. При таком минеральном составе все сростки основных нерудных минералов друг с другом имеют плотность не более 3,3. Бинарные сростки
(I (1,5 1
Объемнги- содержание ю;м>га н часгнце, доли ел.
Рис. 1. Зависимость плотности бинарных сростков минералов с золотом от объемного содержания золота в сростке
нерудных минералов с пиритом имеют плотность не выше 5,2. Плотность сростков золота с породообразующими минералами в зависимости от качества сростков лежит в интервале значений от 2,6 до 17.
При гравитационном обогащении руды, выбирая необходимую граничную плотность разделения яо, можно обеспечить требуемое извлечение в тяжелый продукт сростков золота с нерудными минералами. Численную разницу в плотности минералов, достаточную для их эффективного гравитационного разделения на обогащенный и отвальный продукты, можно определить с помощью критерия концентрации Кк, который рассчитывают по формуле [2]
Кк = (ят - яЖ / (ял - Яж),
(2)
плотность тяжелого и
где ят и ял легкого разделяемых минералов, х103 кг-м-3; яж — плотность суспензиро-
ванной жидкости, кг-дм
-3
Если разделение минералов происходит при ньютоновских условиях, то есть в условиях свободного падения частиц, то плотность жидкости можно принять равной плотности воды (1 кг-дм-3). При значении критерия концентрации Кк > 2,5 эффективное разделение минералов возможно в большом интервале размеров частиц. При Кк < 1,25 эффективная сепарация гидравлическими методами будет весьма затруднительна для частиц любой крупности. В общем случае преимуществом при гравитационном обогащении является соразмерность частиц обогащаемого материала, то есть обогащение узких классов крупности, и полное раскрытие минералов.
П р и гравитационном обогащении золотосодержащих руд эффективное выделение в тяжелый продукт сростков золота с кварцем или другими минералами возможно при критерии концентрации Кк> 2,5. Для сростка
золота с кварцем из (2) для критерия концентрации получим
Кк = (Яс - Яж) / (Як - Яж) > 2,5, (3)
где яс, Як — плотность сростка и разделяемой с ним свободной частицы кварца, соответственно. Из (3) можно определить плотность золотосодержащего сростка, который может быть эффективно выделен в гравитационный концентрат:
Яс = Кк ( Як - Яж ) + Яж
(4)
Принимая Кк = 2,5, Яж = 1 и як = = 2,65, получим из (4) значение граничной плотности сростка золота Яс = = 5,125, которое обеспечивает его эффективное извлечение в тяжелый продукт при ньютоновских условиях процесса гравитационного обогащения.
Сросток золота с кварцем с такой плотностью будет иметь объемное качество О = 0,172, то есть О = 17,2 %, что соответствует массовой доле золота в сростке а = 57 %. Таким образом, все сростки золота с кварцем, содержащие более 57 % золота, будут эффективно извлекаться в тяжелый продукт при мокром гравитационном обогащении. Для сростков золота с хлоритом в тяжелый продукт будут извлекаться все сростки с массовой долей золота более 76 %, что соответствует объемному содержанию золота в сростке более 30 %.
Сростки более низкого качества будут переходить как в тяжелый, так и в легкий продукт в зависимости от их плотности и размера. Так, например, сростки золота с кварцем, содержащие более 45 % массовых золота и имеющие размер более 0,18 мм, будут переходить в тяжелый продукт. Более мелкие сростки такого же качества попадут в легкий продукт. Для сростков с массовым содержанием золота 30 %
такой граничной крупностью является размер сростков около 0,5 мм. Сростки крупнее 0,5 мм будут переходить преимущественно в тяжелый продукт, а более мелкие — в легкий продукт. С учетом критерия концентрации можно рассчитать качество и размер любых сростков, которые будут переходить в тяжелый или легкий продукт при гравитационном обогащении руды.
С учетом естественного максимального размера ^акс золотин в руде можно оп ределить максимальный размер сростка золота с породообразующими минералами, который может быть извлечен в тяжелую фракцию. Так выше было рассчитано, что сростки, содержащие золота более 57 % массовых или 17 % объемных, будут эффективно извлекаться в тяжелый продукт. Размер Омакс соответствующего сростка можно рассчитать по формуле
Омакс _ ^макс / д/ О,
(5)
где О — объемное качество сростка, доли ед.
Для сростка золота с кварцем при О > 17 % получим Омакс = 1,8 Lмакс и, например, при естественном максимальном размере золотин в руде ^акс = 0,5 мм максимальный размер технологического сростка составит Омакс = 0,9 мм, то есть в данном случае сростки золота с породообразующими минералами размером более 0,9 мм не могут быть извлечены методами гравитационного обогащения в тяжелый продукт. Для эффективного обогащения таких сростков необходимо их доизмельчение.
Все сростки, для которых объемное содержание золота превышает 17 %, будут эффективно извлекаться в тяжелый продукт при гравитационном обогащении руды. Частично будут переходить в тяжелый продукт и сростки более низкого качества, на-
МЕТОД ИЗВЛЕЧЕНИЯ
ПРОМЫВНЫЕ ШЛЮЗЫ
ОТСАДОЧНЫЕ МАШИНЫ
ЖЕПОБН. КОНЦЕНТРАТОРЫ
КОНУС praxjEFTA
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ЦЕНТРИФУЖНЫЕ КОНЦЕНТРАТОРЫ
ВИНТОВЫЕ СЕПАРАТОРЫ
КОНЦЕНТРАЦИОН СТОЛЫ
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ КОНЦЕНТРАТОРЫ
ФЛОТАЦИЯ, 8Ы1Ш1АЧ-НИЕ
ДЦАПАЗОН ОБОГАЩЕНИЯ
ОЖ»
(0 20 40
001 0,1
Рагзмрр '< 1С тин. мм
Рис. 2. Диапазоны действия различных аппаратов для обогащения золотосодержащего минерального сырья
пример, сростки золота с кварцем размером более 0,5 мм при объемном содержании золота в сростке более 7 %. Предельный размер сростков такого качества при естественном максимальном размере золотин в руде и в сростках ^акс = 0,5 мм составит 1,2 мм. Отношение объемов сростка Ус и вкрапления в него золота Уди составляет при этом Ус /Уди = 14. Следовательно, 1 объем золота может привнести в тяжелый продукт до 14 объемов кварца или другого породообразующего минерала с близким к кварцу удельным весом.
Таким образом, получив с помощью анализатора изображения естественную гранулометрическую характеристику и структурно-геометрические параметры ценного минерала в руде, не производя при этом никаких технологических экспериментов, можно по значению параметра Вср определить предельную крупность
измельчения руды, необходимую для полного раскрытия минерала, а максимальный размера его зерен ^акс определяет крупность измельчения руды, при которой минерал начинает раскрываться, и крупность технологических сростков, которые можно эффективно извлекать в концентрат при гравитационном или другом методе обогащения руды. Следовательно, параметр ^акс определяет максимальный размер технологического сростка Омакс, который должен являться граничной крупностью классификации руды перед первой стадией обогащения. Материал, крупность которого превышает значение Омакс, будет содержать только бедные сростки ценного минерала, которые не могут быть выделены в концентрат и поэтому необходимо их доизмельчение.
В зависимости от крупности вкраплений зерен золота в руде и технологических свойств получаемых при измельчении руды сростков выбираем и соответствующее оборудование для извлечения золота и/или процесс обогащения. Для этого достаточно наложить интегральные гранулометрические характеристики зерен золота в руде (-^акс+0) и технологических сростков (-0макс+0) на диапазоны крупности обогащения на рис. 2 и выбрать оптимальное оборудование.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Choi W.Z., Adel G.T. and Yoon R.H. Liberation Modeling Using Automated Image Analysis. /Int. J. Miner. Process., v. 22, April 1988, p. 59—73.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
2. Берт P.O. при участии К. Миллза. Технология гравитационного обогащения: Пер. с англ./Пер. Е.Д. Бачевой. — М.: Недра, 1990. —574 с. Н2Е
Смольяков А.Р. — кандидат технических наук, a_smolyakov@mail.ru, Московский государственный горный университет.
