Перспективы гидроциклонного доизвлечения мелкого золота из россыпей Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

изменяются от точки к точке нерегулярно. Несмотря на высокую степень турбулентности внешнего потока и большие значения угловых скоростей и центробежных сил, здесь происходит образование следующей структуры, точнее квазиструктуры, нисходящего потока (рис. 3). С введением структуры нисходящего потока понимание технологического процесса гидроциклони-рования значительно упрощается.

Непосредственно у стенки аппарата скапливается наиболее плотная часть внешнего потока, вращающаяся как вязкая гидросмесь. Эту область внешнего потока можно назвать вязким слоем. Здесь центробежные силы минимальны, а гидродинамическое давление радиального потока максимально.

За вязким слоем (дальше от стенки) находится промежуточный слой, плотность которого имеет среднее значение между плотностями тяжелой и легкой фракциями. Б этом слое происходит последовательное чередование периода квазиламинарного и турбулентного течения гидросмеси.

1

Еще дальше от стенки движение среды является полностью турбулентным -это зона развитой турбулентности. Внутренняя часть зоны развитой турбулентности соприкасается с восходящим внутренним потоком. Б этой зоне влияние стенки аппарата минимально, а восходящего потока максимально. Зону развитой турбулентности можно рассматривать, в нулевом приближении, как размытую в пространстве зону реверси-рова'ния вертикальных скоростей, характеризуемую сильными турбулентными пульсациями.

Приведенные три течения гидросмеси в пристенной области являются в известной степени условными, так как трудно обнаружить резкий переход от одной зоны к другой. Для получения целевого продукта заданного гранулометрического состава в процессе тонкой классификации часто возникает необходимость в организации сложной проти-воточной системы соединения мультициклонов. Оптимизация работы такой системы, позволяющая получать целевой продукт, удовлетворяющий заданным требованиям, значительно упрощается

Рис. 4. Радиальное распределение угловой скорости твердых частиц соТЛ1. во внешнем потоке

если учесть изменения в структуре нисходящего потока, происходящие в гидроциклонах.

Основное влияние на процесс разделения в гидроциклонных аппаратах оказывает тангенциальная составляющая скорости жидкости, которая в процентном отношении от суммарной скорости потока составляет 90-95 % (2). Результатом математической обработки экспериментальных изобар внутри аппарата является построение качественного графика распределения угловой скорости доя частиц в пристенной области аппарата.

По высоте аппарата линейная (окружная) скорость частиц VI нисходящего потока имеет наибольшее значение в начальной стадии процесса.

Это происходит в цилиндрической части у стенки аппарата (рис. 4,а).

Угловая скорость твердых частиц сотч. в цилиндрической части аппарата ква-зипостоянна по радиусу (горизонтальный профиль).

Б средней части аппарата с образованием осадка у стенки происходит изменение профиля угловой скорости частиц Шт.ч.: возникает значение максимума сотч. в промежуточном слое. Послойно картина (на уровне Ьобщ = 70 мм) радиального распределения штч. в нисходящем потоке следующая. Частицы, находящиеся в вязком слое вращаются почти как твердое тело, их угловая скорость штч. квази-постоянна. Концентрация частиц в сле-

чнорт сстое

на порядок меньше, чем в вязком. Б промежуточном слое относительно свободное движение частиц, а в вязком -стесненное. Частицы промежуточного

слоя вращаются по осадку с большей скоростью, поэтому сот.ч. в этом слое достигает максимального значения. В зоне развитой турбулентности значения скорости для частиц сотч. характеризуются интенсивными пульсациями в тангенциальном направлении с тенденцией снижения до нуля на поверхности реверсирования угловых скоростей.

Мелкие зерна увлекаются из вязкого слоя на меньшие радиусы градиентом скорости течения жидкой фазы гидросмеси на границе вязкого и промежуточного слоев.

Из представленной модели процесса следует следующая схема распределения развитой стационарной турбулентности в нисхоодшт оатсииг*.

7урЬу(Те^тасга можно рассматривать, в нулевом приближении, как размытую в пространстве зону реверсирования вертикальных скоростей, характеризуемую сильными турбулентными пульсациями.

Поэтому сильные турбулентности гидросмеси и пульсации частиц всегда присущ ствуют в этой зоне при различных внешних и внутренних изменениях (рис.4). Б средней части аппарата многочисленные вихри различных размеров, идущие из зоны развитой турбулентности, захлестывают частицы промежуточного слоя (рис. 4,6). Б нижней части аппарата, в зоне максимального сужения корпуса микроциклона, они достигают и вязкого слоя (рис. 4,в), перемешивая продукты разделения.

Противоречивый характер сил, действующих в микроциклоне, иллюстрирует-ся трактовкой пульсаций частиц. По мнению большинства исследователей турбулентность оказывает отрицательное воздействие на процесс классификации частиц по плотности. Однако имеется процесс в пристенной области аппарата на который турбулентность оказывает положительное воздействие.

Б задачу вязкого слоя входит выводить легкую фракцию твердых частиц из этого слоя в восходящий поток. Последнее происходит следующим образом. Турбулентные течения обладают повышенной способностью к передаче количества движения. Из-за турбулентности происходит увеличение как кинетической энергии всех частиц вязкого слоя, так и передачи количества движения от тяжелых частиц к легким. Возрастает интенсивность толчков на легкие частицы со стороны окружающих тяжелых частиц, а наличие стенки и центробежного поля приводит к вероятностному выталкиванию легких частиц из вязкого слоя (толщиной порядка 1 мм.) в промежуточный. Нижний порог содержания тяжелых минералов в исходном продукте для начала процесса выдавливания ими легких частиц из вязкого слоя в промежуточный, составляет 0,5 % по массе СБ. Максимум интенсивности выталкивания легких частиц из вязкого слоя (толщиной порядка 1-2 мм.) в про-

межуточный наблюдается при 10 % содержании тяжелых минералов в исходном продукте.

Решаемые задачи связаны с разработ-кой проблемы извлечения мелкого и тонкого золота из россыпных месторождений. Содержание свободного золота в отработанных и остаточных россыпях порядка 10'4 % по массе СБ, поэтому вероятность выдавливания золотинами минералов пустой породы из вязкого слоя в промежуточный и формирования из них вязкого слоя достаточно низка.

Исследования по обогащению тонкозернистых материалов класса -0,67 мкм проводилась на руде Полярнинского ГОКа с общим содержанием золота (связанного и свободного) 1,2-1,5 г/т. Б табл. 1 представлены показатели разделения минералов свободного золота и пустой породы в микроциклоне с диаметром 20 мм в цилиндрической части аппарата. После единичного обогащения руды в гидроциклоне концентрация песков по золоту повысилась в 3,1 раза. При уменьшении диаметра Песковой насадки концентрация песков по золоту увеличивается. С точки зрения традиционного взгляда па практику обогащения полученные данные показывают, что разделение твердой фазы по крупности в единичных аппаратах происходит недостаточно четко. Это вызывает настоятельную необходимость интенсификации процессов разделения дисперсионных систем в этих аппаратах. Различные методы интенсификации разделительного процесса в гидроциклонах подробно описаны в литературе (2). Наиболее надежным и опробованным в промышленности способом, повышающим в десятки

Таблица 1

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЗОЛОТА И ПОСТУПЛЕНИЕ МИНЕРАЛОВ ПУСТОЙ ПОРОАЫ В ПЕСКИ ГИЛРОиИКЛОНА АИАМЕТРОМ 20 ММ

Г" Аи, % ! " 68,5 Минералы пустой породы, % | [ 25,0

66,7 | 24,1 |

68,2 25,3

67,4 24,7 1

| Содержание золота в песках 4,2 г/т (исходное 1,35 г/т)

Таблица 2

ИЗВЛЕЧЕНИЕ СВОБОАНОГО ЗОЛОТА И ПОСТУПЛЕНИЕ ПУСТОЙ ПОРОАЫ В КОН11ЕНТРАТ КАСКААОЙ МУЛЬТИиИКЛОННОЙ УСТАНОВКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ N СТУПЕНЕЙ ОБРАБОТКИ ПРОАУКТА И РЕЖИМА РАБОТЫ СТУПЕНЕЙ, ХАРАКТЕРИЗУЕМОГО РАЗАЕАИТЕЛЬНЫМИ ЧИСЛАМИ

Разделительное Г" ГІ=П и=ш ; і гыу ; М=Л/1 ГрУП : Г'Н=?ЇІГ1

число по Аи Извлечение золота, %

5 Тиесвв, }ОЛ.=0|76 70,646 | 69,108 68,636 [68,489 :: 68,442 і 68Л28 1 68.423 :

| Тпески зоп =0,72 64,929 ¡62,542 61,659 і | 61,323 | ; 61,193 і : 61,143 і 161,124 |

% Тпески. зол. =0,68 159,100 155,671 { 54,192 | | 53,552 \ 53,213 \ 53,069 і 1 53.001 І

| Разделительное 1 число по минералам пустой породы \ Поступление пустой породы в концентрат, %

1 Тп. пуст, пор =0,35 15^858 ! 7,8672 ] 4,0639 ! 2,1883 1,1399 0,6100 [ 0 3274 |

1 Тп.пуст.пор =0,30 Р11,392 } 4,6551 \ | 19561 ! 0,8313 1 0,3550 ) : 0,1519 І 0,0651

1 Тп пуст.пор =0,25 ; 7,6923 ! 2,5000 1 6,8264і | 0,2747 і [0,0915 і 0,0305 І 0,0102 І

способен увеличить содержание свободного золота в концентрате в 1000 раз по отношению к исходному.

Авторами разработан проект простой по конструкции и эксплуатации модульной полумобильной установки

доизвлечения мелкого и тонкого золота из отвальных продуктов на россыпных месторождениях. Б основу технологической схемы обогащения (рис. 6) заложена шестиступенчатая мультици-клонная установка с напорными мик-

Исходная руда

1000 кг - О

1г- ©

Рис. 6. Схема цепи гидроциклонных аппаратов и поступенчатое изменение массы

пустой породы (О) и свободного тонкого золота (©) при обработке отвалов: 1 - луговой грохот; 2- бункер накопитель; 3- напорный насос; 4- мультициклон

тмшммшшшмкттвашймшшйптншшмшшиммммшшмшпиммшмтттмютим

роциклонами, увеличивающими концентрацию песков по зопоту на каждой ступени в 2,72 раза. Мультициклоны соединяются по схеме противотока, когда пески каждого мультициклона (ступени обработки продукта) поступают на вход следующего, а слив - на вход предыдущего. В результате такой схемы соединения мультициклонов слив каждого мультициклона, кроме первого, не выводится из технологического процесса, а поступает на дообо-гащение в предыдущий мультициклон. Многоступенчатые установки работают успешно, если ступени (мультициклоны) работают с разным числом укомплектованных микроциклонов, причем ступени функционируют в неодинаковых технологических режимах. Установка работает с предварительным контрольным грохочением россыпного сырья с мелким золотом и имеет постоянную разгрузку концентрата; из потока пульпы она извлекает самую тяжелую фракцию, постоянно разгружая продукт обогащения.

Производительность установки по руде 40 т в сутки; потребление электрической энергии 70-100 кВт/час. Исходный материал поступает на грохот

1, позволяющий разделить материал по крупности - 70 мкм. Проситованный продукт поступает в бункер 2, где смешивается с водой. Далее гидросмесь, содержащая 15 % твердого вещества, подается в первую ступень шестиступенчатой мультициклонной установки, состоящей из насосов 3 и мультициклонов 4. Па рис. 6 представлена по-ступенчатая динамика соотношения массы золота (числитель) к массе пустой породы (знаменатель) в продукте в процессе обработки в мультициклонах. При обработке отвальных продуктов с содержанием свободного золота не менее 1,5 г/т, концентрат будет содержать не менее 1 кг золота на тонну. Применение короткоконусных гидро-

циклонов для обогащения золотосодержащих руд и песков подробно описано в (7). Б многоступенчатой модульной установке используется более совершенная для тонкого золота длинноконусная конструкция микроциклонов, высокое давление подачи исходного (свыше 0,6 МПа), обеспечивающее д>50 м/сек в микроциклонах, противо-точная обработка продукта в мультициклонах и т.д.

Мультициклонные установки имеющие непрерывную, надежную разгрузку тяжелых фракций при производительности до нескольких десятков тонн руды в час, могут использоваться для разделения тонких минеральных частиц класса -0,1 мм в области золотин, где существующие аппараты не дают должного эффекта. Они компактны и несложны в эксплуатации. При флотационном доизвлечении золота из хвостов золотодобычи они имеют большие перспективы при доводке черновых флотоконцентратов.

Выводы

1. На основе изучения обогащаемости в микроциклонах отвальных продуктов россыпных месторождений определена квазиструктура внешнего потока напорного микроциклона. Построены качественные графики распределения тангенциальной скорости сепарируемых частиц по радиусу и высоте аппарата.

2. Экспериментально и теоретически подтверждена перспективность гидроциклонного извлечения тонкого золота из отвальных продуктов россыпных месторождений и хвостов флотации.

3. Разработана конструкция модульной мультициклонной установки доизв-лечения мелкого и тонкого золота из отвальных и остаточных продуктов россыпных месторождений по получению концентрата с содержанием не менее 1 кг золота на тонну.

1.1. Чантурия В. А., Се-депьникова Г. В. Развитие зо лотодобычи и технологии обогащения золотосодержащих руд и россыпей // Горный журнал.- 1998. - N4.

2. Терновский И.Г., Куте-пов Л.М. Гидроциклонирова-ние. - М.: Недра, 1994.

3. Поваров А.И. Гидроциклоны на обогатительных фабриках. М.:Недра, 1978.

4. Кутепов А.М., Пагуткин М. Г., Баранов Д.А. Метод расчета показателей разделения суспензий в гидроциклонах //Теоретич. основы хим. технологии. - 1994. -Т28. - ИЗ.

5. 3rd Int. Conf. Hydrocyclones. - Oxford, 30 Sept.-2 Oct.>- 1987.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

6. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя: Пер. с нем. - М.: Наука, 1974.

7. Ткачук Д.М., Яковлева В.Н. Модель двухпотокового противоточного каскада сепарирования //Теоретич. основы хим. технологии. -1998. -Т32. - Н1.

8. Лопатин А. Г. Центробежное обогащение руд и песков. - М.: Недра, 1987.

°6 г

ф-

ш

Кармазин Виктор Витальевич — профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.

Ткачук Дмитрий Михайлович - Институт биохимической физики РАН, г. Москва.

= ..................

ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

| Автор | Название работы § Специальность | Ученая | I . .. I . . . к | ^ . | степень | 1 МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ |

| ПЕРВОВ | обоснование и выбор параметров и критери-! | Константин § ев взаимодействия системы «Горные породы | Михайлович | горные машины»г 1 05.05.06 I д. Т.н. 1 1 1

| ИЗЫГЗОН | Методология формирования и реализации | Наум ! стратегии инвестиционной политики угольной 1 Борисович | промышленности России : 08.00.05 ! Д.Э.Н. 1 I i 1 • 1

| ШЕК | теория и практика создания распределенных; | Валерий | АСУ горнопромышленными системами на ос-I Михайлович | нове СОМ-технологий 05.13.06 1 д. т.н. 1 1 1 : I I

| ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ | | И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (ЦНИЭИУГОЛЬ) |

! СОРОКИНА | разработка методических положений по про-| Лариса | гнозированию стоимостных показателей | Николаевна | угольного предприятия | ПЕТРОВ | разработка методических рекомендаций по | Владимир | совершенствованию, экономического управ-| Филиппович | пения угледобывающим производством в ус-| | ловиях его реконструкции 08.00.05 | К.Э.Н. 1 08.00.05 1 к.Э.Н. 1 : & Й S 1 £ 1 1 1