Технологические испытания вибрационно-гравитационного концентратора на золотосодержащем сырье Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

© М.М. Раджабов, 2013

УДК 622.767.64 М.М. Раджабов

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ВИБРАЦИОННО-ГРАВИТАЦИОННОГО КОНЦЕНТРАТОРА НА ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕМ СЫРЬЕ

Предложен новый процесс вибрационно-гравитационной концентрации для извлечения мелкого и тонкого золота из отвальных продуктов и промпродуктов шлиходоводочных операций.

Ключевые слова: мелкое и тонкое золото, шлиходоводка, тонкий слой, сегрегация, вибрационно-гравитационный концентратор.

Анализ мировых тенденций развития добычи и разведки золота за последние 25 лет показывает, что сырьевая база активно изменяется в сторону увеличения доли мелкого и тонкого золота (МТЗ). В течение многих десятилетий интенсивно эксплуатировались богатые и легкообогатимые россыпи, достаточно простые по геологическому строению; значительно сократились инвестиции на геологоразведочные работы и, наконец, увеличилась доля мелкого труднообогатимого золота. Содержание тонкого золота в отвальных продуктах обогащения в среднем составляет: для эфельных отвалов от 70 до 400 мг/м3, для галечных отвалов от 60 до 280 мг/м3, в хвостах шлюзов до 6000 мг/м3, а в дражных отвалах от 120 до 300 мг/м3.Доизвлечение мелкого тонкого золота (МТЗ) из хвостов обогащения экономически выгодно, поскольку исключаются затраты на вскрышные работы, добычу, доставку песков на промывочную установку.

Разрешение проблемы освоения старых отвалов, лежалых хвостов обогащения, техногенных россыпей золота расширяет минерально-сырьевую базу, не вовлекая в разработку

новые месторождения. В настоящее время, поскольку цена на золото выросла в три раза, стало выгодным перерабатывать бедные и труднообога-тимые руды, а также доизвлекать золото из хвостов золотодобычи. Учитывая реальное положение дел, необходимо считать месторождения, содержащие (МТЗ) новым видом сырья, для которого не существует эффективной технологии обогащения с высоким извлечением.

Необходимо создавать новые процессы и аппараты, которые позволяют извлекать драгметаллы мелких и тонких классов и переходить к новым экологически чистым технологиям. В качестве одного из методов решения данной проблемы нами разработан процесс вибрационно-гравитацион-ной концентрации МТЗ, который позволяет повысить эффективность извлечения мелких и тонких классов из отвальных продуктов

Способ вибрационно-гравитацион-ной концентрации 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 горизонталь-

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

ным 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.

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 К. Частицы повышенной плотности в результате сегрегационного расслаивания мигрируют в низ 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 частиц в горизонтальном потоке жидкости. В кольцевом зазоре рабочей зоны от центра устройства к внешнему диаметру при постоянстве расхода (питания) 0 = у-Б поперечное сечение Б растет прямо пропорционально радиусу зоны г, а скорость V - обратно пропорционально радиусу зоны г. 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, затем вертикально в кольцевом зазоре между внешней и внутренней стенками корпуса и разгружается в виде легкой фракции (хвостов).

Поток жидкости, содержащей твердые частицы, после поворота движется в горизонтальном направлении. Его течение характеризуется горизонтальной Ц(х) = 0/2п-г и вертикальной и(у) составляющими скорости. Частицы также имеют скорость движения относительно жидкости v(y). Определим траектории движения

частиц. За время Л частица в горизонтальном направлении пройдет путь, равный

а в вертикальном

дх = л*

2.П ■ Г ■ <Я£

Решая эту систему уравнений, по лучаем:

2шс1х Су

Я и (у) - V(у)]

откуда

(1)

х

-!

U.yty)-víУ)ш^,

(1у + С

(2)

Постоянная интегрирования С определяется из условия: х=0, у=у0. На поверхности жидкости иу(у)=0, а у(у)=у0. 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:

Резкое снижение горизонтальной скорости потока с увеличением радиуса (расстояний от центра) приводит к снижению критерия Яв 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. Блех-мана 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 стационарное распределение частиц двухкомпонентной смеси частиц 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 а 12 и ¿>12 не зависят от пространственной координаты Z. Не зависящей от этой координаты полагаем также суммарную объемную концентрацию С = Сх + С2', при этом, используя относительные концентрации Сх/С и С2/С и сохраняя для них те же обозначения, будем иметь

Сх + С2 = 1.

При учете соотношений а 12 =а 21,

Ь12 = - Ь21 и С1 = 1 - С2 эта система сводится к уравнению И.И. Блехмана

Здесь Z - пространственная координата, ау и Ьу - функции ъ, которые определяются на основе изучения "быстрого" процесса или экспериментально; они зависят от свойств и ха-

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

рактеристик частиц, а также от параметров вибрации вблизи данной точки. При этом имеют место соотношения ау = а'¡¡, Ьу = Ь-

Функции а- характеризуют соответственно интенсивность диффузионных, а Ьу - скорость упорядоченных движений частиц, причем а у >0 по смыслу пропорционально сумме, а Ьу -разности вероятностей обмена частиц ]-й компоненты на одинаковое по объему количество частиц ]-й компоненты за некоторый характерный промежуток времени т вблизи точки с

координатой ^

п

Сумма Д = ^ йуСу в этих уравне-

!=1

ниях играет роль коэффициента диффузии в уравнении Эйнштейна-Фоккера-Планка.

Результаты испытаний тонкослойного гравитационного концентратора на золотосодержащих песках

Вид пробы Выход концентрата, % Содержание тяж. фракции в к-те, г/т Извлечение тяж. фракции в к-т, %

Промпродукт ЗИФ а/с «Чукотка» ~ 3,3 9400 87,6

Хвосты ЗИФ а/с «Чукотка» ~ 3,4 101 82

Проинтегрировав последнее уравнение при учете того, что потоки частиц через верхнее и нижнее основания рабочего пространства равны нулю, получим

е,=

1 + -

1-егр \кг<Ь -У1

Чъ \

ехр\ «12 1 -1

е:\р

(-Ь)

-1

(5)

ь

где через Ь1 = | с^ обозначена вы-

0

сота слоя, соответствующая общему объему частиц первой компоненты, аЬ есть общая высота слоя частиц обеих компонентов.

На рис. 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 Ь^п 2/а\2, 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 золотоизвлека-тельной фабрики соответственно с содержанием золота 700 г/т и 8 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.

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

Рис. 3. Стационарное распределение "тяжелых" частиц двухкомпонентной сыпучей смеси в рабочем пространстве

Полученный материал в виде концентрата и хвостов отправляли в ЦИНИГРИ для пробирного анализа.

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 составила 85 % с содержанием золота 101 г/т.

1. 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.

Полученные результаты исследований на доводочном ВГК доказали эффективность вибрационно-грави-тационного метода, а полученные се-парационные характеристики работы концентратора позволили сделать вывод о высокой эффективности данного метода при разделении труднообо-гатимых 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, шлихообогати-тельных фабрик и установок.

Вывод

Таким образом, предлагаемый процесс вибрационно-гравитаци-онной 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.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Тихомиров В. И. Гидравлический классификатор. //Советская золотопромышленность. 1932. - №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. 7378. ггт

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Раджабов Магомедгаджи Магомедович - аспирант, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru