CC BY
33
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»
МОСКВА, МГГУ, 3 02.97 - 7.02 97 СЕМИНАР 3 «ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ»
A.Г.Михайлов, В.И.Брагин,
B.А.Вагнер, В.В. Зубарев.
ИХХМП СО РАН, Красноярск
ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УДАРНО — АКУСТИЧЕСКОЙ обработки в горной ТЕХНОЛОГИИ И В МИНЕРАЛЬНЫХ ПРОМЕССАХ
Одним и» способов интенсификации минеральных процессов является использование физических воздействий, активизирующих массообмен в технологических пульпах. Известно применение в этих целях акусгическнх колебаний ультразвукового, звукового и инфразвукового диапазона частот. Особенно значительное ускорение мас-собмена достигается при этом в режимах, обеспечивающих возникновение кавитации. В предлагаемой статье рассматриваются возможности использования обработки технологических пульп низкочастотными акустическими колебаниями высокой амплитуды (далее: ударно-акустическая обработка). Далее будет показано, что этот ме-тод ишенсификации массообменных процессов обладает определенными преимуществами по сравнению с аналогами.
Ударно-акустические тонера горы В основе ударно-акустической обработки минерального сырья в жидкой среде лежит использование акустических колебаний звукового и инфразвукового диапазона частот, но в отличие от известной инфра-шуковой технологии в данном случае используются волны значительно более высокой амплитуды. Сложность получения акустических волн достаточной интенсивности традиционными средствами вибрационной техники предопределила разработку генераторов специального типа. Принцип действия источника ударных волн заключается в преобразовании гармонического низкочастотного (обычно 50 гц) движения привода в
короткие импульсы высокой амплитуды с помощью нелинейного преобразователя, в качестве которого используется продольно сжатая до потери устойчивости упругая пластина или оболочка. 11ри определенных соотношениях между мощностью привода, габаритами и механическими свойствами пластины и другими параметрами, генерируются мощные короткие импульсы, которые излучаются в объем пульпы с поверхности пластины. За счет высокой скважности импульсов удается получи 1Ь значительное давление ударной волны при достаточно низкой средней мощности привода. Па основе этого принципа разработан параметрический ряд пластинчатых ударно-акустических генераторов различной конфигурации и мощности. Генераторы сконструированы для различных исполнений проточного, погружного или донного, привод осуществляется от электродвигателей (мощность 0.4-5квт).
Использование в минеральных процессах
Разработанные генераторы испытывались в схемах подготовки минеральных материалов к обогащению. Установлено, что ударно-акустическое воздействие на технологическую пульпу приводит к интенсивному диспергированию глины, очистке поверхности минеральных частиц от пленок и примазок, а также, при достаточно высокой мощности, к частичной дезинтеграции по естественной трещиноватости.
Основным механизмом диспергирования технологической пульпы в данном
случае является кавитационный, подчиненное значение имеют взаимное истирание частиц и разрушение турбулентными потоками. Диспергирование происходит преимущественно в зоне действия локальных ударных волн, возникающих при коллапсе кавитационнх пузырьков. Имеет место эффект увеличения эффективности ударноакустической обработки при введении в пульпу воздуха, пузырьки которою, схло-нываясь при прохождении ударной волны, служат дополнительными источниками локальных ударных волн. Специальных мер по диспергированию воздуха не требуется, так дробление пузырьков в поле мощной ударной волны происходит автоматически.
Особенно ярко эффект воздействия ударно-акустической обработки проявляется при обработке россыпного материала с высоким (более 50%, до 100%) содержанием глины, в том число монтмориллонитово-го состава. При использовании ударно-акустической обработки, полная дезинте-грация глины и высвобождение золота высокоглинистых золотоносных песков достигается за время 30-60 сек. в зависимости от содержания глины и ее состава.
Положительные результаты исследований позволили разработать промывочную установку для обработки глинистых материалов. Конструктивное исполнение генератора установки с ударно-акустическим принципом обработки материала обладает необходимой универсальностью для создания параметрического ряда аппаратов с широким диапазоном производительности до
150 м^/ час по твердому. К настоящему времени проработаны четыре типоразмера установок для моделей аппаратов "Кпе^оп", мобильных промывочных комплексов и промприборов типа ПГШ. производительность их соответственно составляет 1, 4, 30,
и 50 м-^/час. Габариты установок в зависимости от типоразмеров изменяются в пределах: длина - 1,0-8,0 м, ширина - 0,3-1,2м, высота - 0,3-1 м; мощность привода 1-
Юквт ч. Установка стабильно работает при Т:Ж<1, снабжена загрузочным и разгрузочным устройством, встроенным грохотом для выделения вылунов и гали.
На установке проведены испытания по дезинтеграции глинистых песков россыпного месторождения золота Большая Пенченга (загрязненность составляет 64%) и коры выветривания Артемовского рудника (загрязненность - 56%). Также проведены испытания но отмывке щебня от примесей глины Крутокачинского месторождения.
Поскольку низкочастотная промывочная установка преназначена для подготовки песков к обогащению, устанавливается она в технологической линии переработки золотосных песков перед извлекающим оборудованием. Кроме того, наряду с функцией дезинтеграции, НПУ может осуществлять регулирование подачи материала на обогатительный аппарат, что позволит исключить процесс подачи песков гидромонитором.
Принцип действия и конструкция установки защищены патентами на изобретения в Российском патентном ведомстве. Установка получила положительную экспертную оценку в Международном фонде "Incubator technology".
Использование в горной технологии
Поведение рыхлого материала при ударно-акустической обработке имеет ряд особенностей, отличающих последнюю от других методов акустического воздействия. Прежде всего, под воздействием ударных волн резко снижаются силы сцепления и трения между минеральными частицами уже при минимальном влагосодержании и коэффициенте разрыхления. Еще сильнее этот эффект проявляется при дополнительной аэрации материала. Снижение сил трения способствует тому, что массообменные процессы идут со значительной скоростью в материале, находящимся в условиях, близким к условиям естественного залегания. При дальнейших исследованиях ударно-
акустической обработки россыпных мате-риалов была установлена принципиальная возможность проведения гравитационной с грат ификации рыхлою массива непосредственно в естественном залегании, при естественной обводненности или с небольшими добавками воды
Ьылн проведены исследования на моделях россыпного массива. Использовался россыпной материал одною из месторождений Красноярскою края с высоким содержанием глины. В ходе экспериментов было установлено, что акустическое воздействие па модель россыпного массива при интенсивности выше некоторой кри(ичс-ской величины, зависящей от состава материала. приводит к полному нарушению связности материалов даже е высоким содержанием глинистой составляющей и высвобождению песчаного компонента в течение первых минут озвучивания При дальнейшей акустической обработке нроис-ходит стратификация массива, характер которой неоднозначен и зависит от многих факюров Установлено также, что существует второй критический порот интенсивности ударно-акустического воздействия, при превышении которого начинает превалировать противоположный процесс перемешивания материала. Процесс 1равнтаци-онной стратификации массива целесообразно вести при интенсивности озвучивания, промежуточной между порогом дезинтеграции и порогом перемешивания.
Анализ колонковых проб показывает. что верхние слои массива после завершения расслоения представляют глинистую пульпу, в которую отжимаются излишки воды из обводненного массива. В этой чае-ти модели песковая составляющая практически отсутствует. Ниже располагается слой уплотненной глины с некоторым количеством песка, которое, однако, значительно ниже содержания песка в исходном материале. Можно предположить, что эта структурная составляющая образуется при вто-
ричном уплотнении дезинтегрированной глины в процессе акустически инициированного обезвоживания. Еще ниже располагается область глины, насыщенной песком.
Степень выраженности описанного процесса стратификации массива и отдельные его особенности зависят от ряда фак торов. прежде всего от времени акустической обработки, ее интенсивности и от количества добавочной воды, введенной в массив. При прочих равных условиях увеличение расхода воды благотворно сказывается на полноте стратификации Излишняя вода при этом выжимается в верхние слои массива в виде сметанообразной пульпы с относительно постоянным от опыта к опыту разжижением.
Песчаная составляющая россыпного материала, концентрируясь под воздействием акустической обработки в нижней части массива, в свою очередь повергается сег регации. Закономерности этого процесса в целом соответствуют известным закономерностям сегрегации минеральных материалов в рабочей зоне фавнтационных обо-гатительных аппаратов. Анализ колонковых проб показывает, что мелкие фракции песков тяготеют к нижней части разреза. Поверх них располагаются частицы большей крупности и агрегаты частиц, сцементированные недезинтегрированной жирной глиной.
При формировании новой структуры массива, как показывает шлиховое опробование керна, тяжелые минералы концентрируются в нижней части разреза, что типично для гравитационных процессов сепарации. Процесс перемещения шлиха на дно массива более устойчив, чем процесс сегрегации песков в целом, т.е. порог перемешивания для него выше. В пределах песчаного слоя отмечается устойчивая концентрация шлиха в нижних слоях даже при полном нарушении сегрегации песков по крупности.
Наилучшие показатели концентрации шлиха были получены на песках с низким содержанием глины при низкой интенсивности акустического воздействия. В этих условиях была достигнута концентрация шлиха в придонном слое в 5 8 раз при полном отсутствии тяжелых минералов в верхних слоях.
Закономерности перераспределения минеральных составляющих при ударноакустической обработке рыхлого массива требуют дальнейшего изучения, однако уже полученные данные позволяют предложить вариант использования ударно-
акустических методов в технологии разработки россыпных месторождений, который предполагает озвучивание обводненных песков непосредственно в естественном залегании погружными или поверхностными ударно-акустическими генераторами. Процесс проведения акустического воздействия на толщу золотоносных песков может осуществляться в различных вариантах.
Обводнение и озвучивание продуктивной толщи, осушение песков, удаление вскрыши и верхнего обедненного слоя песков, выемка песков нриплотиковой обогащенной зоны. В данном варианте достигается снижение объема песков, направляемых на переработку.
Обводнение и озвучивание продуктивной толщи с одновременным откачиванием через погружные устройства обогащенных песков нриплотиковой зоны, складирование хвостов переработки поверх осевших торфов. В данном варианте помимо снижения объемов переработки исключаются затраты на вскрышные работы, снижается объем воды в обороте.
Таким образом, проведенные исследования показывают перспективность развития методов ударно-акустической обработки в минеральных процессах и горной технологии. Необходимы дальнейшие исследования как закономерностей гравита-ционой стратификации при ударно-
акустической обработке рыхлых материалов в естественном залегании, так и технологические исследования, имеющие целью обосновать рациональные параметры и определить технико-экономические показатели ударно-акустической технологии отработки россыпных месторождений. Представляет интерес также рассмотрение возможностей гравитационной стратификации при ударио-акустической обработке техногенных образований - хвостохранилищ обогатительных фабрик, отвалов золотодобычи. Эти объекты на первом этапе могут оказаться наиболее привлекательными для реализации ударно-акустической технологии добычи.
Развитие метода ударно-
акустической обработки технологических пульп ведется также в направлении расширения областей применения. Гак, в частности, предварительные исследования показали возможность резкого (в десятки раз) ускорения процессов выщелачивания в поле ударных волн. Важным преимуществом ударно-акустической обработке в данном случае является возможность выщелачивания тонких материалов в весьма плотных пульпах при высокой аэрации и без снижения скорости процесса. Варьирование параметров ударно-акустической обработки позволяет легко переходить от режима агитации к режиму акустически инициированного сгущения пульпы и отделения продуктивного раствора. Принципально возможна организация выщелачивания тонких материалов в естественном залегании, в том числе в техногенных образованиях. Представляет интерес также изучение вопросов, связанных с воздействием ударноакустической обработки на флотационные системы, в частности, процессов диспергирования воздуха, кинетики формирования реагентных покрытий, оптимизации условий образования флотокомплекса и других.
©Авторов
