Извлечение мелкого и тонкого золота из отвальных продуктов золотодобычи на основе сегрегационно-диффузионной концентрации

Рахимов, Салим Насимович

Автореферат диссертации по теме "Извлечение мелкого и тонкого золота из отвальных продуктов золотодобычи на основе сегрегационно-диффузионной концентрации"

На правах рукописи

РАХИМОВ САЛИМ НАСИМОВИЧ

ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕЛКОГО И ТОНКОГО ЗОЛОТА ИЗ ОТВАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ЗОЛОТОДОБЫЧИ НА ОСНОВЕ СЕГРЕГАЦИОННО-ДИФФУЗИОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

Специальность 25.00.13. - "Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2010

004600136

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный горный

университете»

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Кармазин Виктор Витальевич Официальные оппоненты:

докт. техн. наук проф., Садковский Борис Петрович

канд. техн. наук Малахов Валерий Алексеевич

Ведущее предприятие: Российский государственный

геологоразведочный университет

Защита состоится «27» апреля 2010 г. в 11:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.128.08 в Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан марта 2010г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Шек Валерий Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Увеличение золотовалютных резервов страны, связанное с повышением добычи золота, является одним из наиболее актуальных направлений развития технологии в нашей стране.

Однако несмотря на солидную минерально-сырьевую базу и большие запасы россыпного золота в России, его добыча имеет тенденцию к снижению. Объяснением могут служить следующие причины. 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.

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

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/мэ, 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, к тому же стоимость золота на мировом рынке выросла почти в три раза. Учитывая реальное положение дел, необходимо считать ресурсы месторождений, содержащие много МТЗ, новым видом сырья, для которого не существует эффективной технологии обогащения с высоким извлечением. В связи с этим одним из важнейших направлений преодоления технических и экономических проблем золотодобывающей промышленности является отказ от устаревшей технологии, рассчитанной на практически исчезнувшую категорию крупного золота. Необходимо переходить к новым наукоёмким процессам и аппаратам, новой экологически чистой технологии, обеспечивающей извлечение весьма тонких классов драгметаллов, т.е. основой для решения проблемы прироста

продукции россыпной золотодобычи становится создание новой техники и технологии для повышения извлечения МТЗ.

В настоящей диссертации выполнен анализ новых методов обогащения золотосодержащих россыпей с целью повышения извлечения МТЗ из отвальных продуктов. Рассмотрены гравитационные, включая центробежные, электро-магнитные, магнитно-гравитационные, гидромеханические, флотационные и комбинированные технологии извлечения тонких классов золота из хвостов обогащения и соответствующие им технические решения.

Одним из рекомендуемых автором на основе выполненного анализа методов извлечения МТЗ могут быть предложенные в работе и защищенные патентом РФ процессы и аппараты для извлечения МТЗ, основанные на сегрегациошго-диффузионной концентрации (СДК). В работе исследуются технико-технологические возможности применения нового процесса СДК, которые позволяют значительно повысить извлечение тонкого золота.

Цель работы. Повысить извлечение МТЗ из отвальных продуктов обогащения золота на основе промышленного внедрения новой техники и технологии СДК.

Идея работы. Изучить основные закономерности процесса СДК для разработки методики расчёта оптимальных конструктивно-технологических параметров СД-концентраторов, позволяющих создать промышленную модульную конструкцию.

Объектами исследования являлись пробы, отобранные на золотодобывающих предприятиях Чукотки и Восточной Сибири, представляющие хвосты гравитационного обогащения (драги, промприборы, ЗПК, ШОУ, ЗИФ) для испытаний на СД-концентраторах.

Методы исследований. В ходе работы над диссертацией использовались следующие методы исследований:

- магнитно-радиометрические, химические методы анализа исходных материалов и продуктов разделения;

- моделирование процесса СДК в лабораторных и стендовых условиях;

- получение и исследование математической модели процесса СДК;

- аналитические и экспериментальные исследования основных параметров работа СД- концентраторов;

- статистический анализ результатов, полученных в ходе стендовых испытаний, эксплуатации конструкции установки для диффузионной сегрегации хвостов обогащения россыпных месторождений золота;

- использование современной аналитической и экспериментальный базы для изучения основных конструктивно-технологических параметров работы установки для СД-концентрации, минерального и вещественного состава и свойств продуктов обогащения.

В экспериментах использовались специальные и стандартные измерительные устройства и приборы.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

- предложен новый процесс сегрегационно-диффузионной концентрации МТЗ, совмещающий перколяцию, сегрегацию и диффузию в кипящем слое, который успешно испытан на отвальных продуктах золотодобычи;

- установлены основные теоретические закономерности процесса СД-концентрации (взаимосвязи между его основными конструктивно-технологическими параметрами содержанием и извлечением золота) и получена его математическая модель;

- обоснована оригинальная (защищенная патентом РФ) конструкция гравитационного СД-концентратора, позволяющая достигать содержания золота в концентрате в 5-10 раз выше, чем в исходном продукте при извлечении до 80%;

- предложена технология обогащения металлоносных песков с большим содержанием МТЗ, состоящая из циклов промывки, магнитно-флокуляционной концентрации и СД-концентрации эфелей, которая позволяет значительно повысить эффективность процесса обогащения золота за счет снижения его потерь;

- на основе математического моделирования процесса СД-концентрации выполнен расчёт основных конструктивных параметров сегрегационной установки, учитывающий влияние возмущающих сил переменного направления для решения технологической задачи повышения извлечения золота из хвостов обогащения золотых россыпей.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов.

Научные положения, выводы и рекомендации подтверждаются удовлетворительной сходимостью результатов аналитических расчётов с данными, полученными опытным путём. Оценка адекватности теоретической модели выполнена с доверительной вероятностью 0,8.

Экспериментальное моделирование процессов сегрегационно-диффузи-онной концентрации осуществлялось на стендовой установке с приборами для измерения основных её конструктивно-технологических параметров, и их регулировки. Для контроля эффективности процесса применялись минералогический, гранулометрический и другие методы лабораторного анализа продуктов обогащения, математические методы расчёта скоростей и давлений. Данные обрабатывались с использованием современных компьютерных программ.

Научное значение работы заключается в уточнении современных теоретических представлений о процессах гравитационного обогащения тонких классов тяжелых минералов, в частности о процессах перколяции и сегрегации МТЗ в кипящем слое отвальных продуктов золотодобычи, на основе чего разработан новый процесс сегрегационно-диффузионной концентрации МТЗ и создана его математическая модель, устанавливающая зависимости показателей обогащения от конструктивных параметров СД-концентратора.

Практическое значение работы заключается в реализации разработанного процесса в созданном оригинальном устройстве -гравитационном концентраторе [патент РФ №2345839 от 27.06.07], который может применяться для извлечения мелких и тонких классов золота, платины и минералов редких металлов из отвальных продуктов россыпной золотодобычи.

Процесс сегрегационно-диффузионной концентрации МТЗ и новые конструкции СД-концентраторов прошли экспериментальную проверку на предприятиях Российской Федерации и Узбекистана, которая показала реальные возможности повышения эффективности переработки россыпных месторождений золота за счет доизвлечения МТЗ из отвальных продуктов золотодобычи.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Процесс СДК и концентратор СДК-150 были испытаны на хвостах Навоийского горнометаллургического комбината. Основные результаты работы переданы НГМК

для внедрения сегрегационно-диффузионной концентратора СДК-250 в промышленность и его дальнейшего совершенствования, а также используются в учебном процессе МГГУ (курс «Гравитационные методы обогащения»).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на научных конференциях «Неделя горняка» (2009 - 2010 гг.), семинарах кафедры ОПИ МГГУ (2007 - 2009 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 работ, из них 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 94 наименований и 2 приложений, содержит 22 рисунка и 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Месторождения россыпного золота, обилием которых можно было характеризовать Россию XX века, в течение многих десятилетий интенсивно эксплуатировались и сегодня заметно истощены. Именно эти, достаточно простые по геологическому строению и условиям отработки богатые и легкообогатимые россыпи стали основой золотодобывающей промышленности в конце прошлого века, причем соотношение объемов добычи золота россыпных и рудных (коренных россыпных и рудных (коренных)) месторождений в России составляло 4:1. К настоящему времени в стране добыто 2/3 разведанных ранее запасов россыпного золота. В 90-е годы значительно сократились инвестиции на геологоразведочные работы, что привело к резкому снижению технико-экономических показателей отработки золотосодержащих россыпей. Увеличилась также доля мелкого и гонкого золота (МТЗ), которое считается весьма труднообогатимым, так как почти не извлекается традиционными технологиями.

В девяностые годы среднее содержание золота в песках снизилось в 2-3 раза, а в дражных песках снизилось на 28% и составило 180 мг/м3. Средняя крупность золота за этот период уменьшилась в 2,5-3 раза, что, естественно, вызвало увеличение доли мелкого труднообогатимого золота до 40 %, а в отдельных россыпях - до 94 %. Значительное сокращение балансовых запасов

5

россыпного золота, а также снижение прироста разведанных запасов золота за последние годы до 35 % от объемов добычи, вызвало вовлечение в разработку техногенных образований (эфельных отвалов и хвостов ШОФ).

В научно-техническом центре «Горно-обогатительные установки» МГГУ, где выполнялась настоящая работа, уже 15 лет проводятся научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы по созданию экологически приемлемых процессов и соответствующих аппаратов для извлечения мелкого и тонкого золота из хвостов текущей добычи, отвалов, шламохранилищ и илоотстойников. Эти разработки успешно прошли промышленную проверку на предприятиях Читинской и Амурской областей, Колымы и Чукотки. Можно отметить наиболее важные из этих направлений НИР и ОКР:

- магнитно-флокуляционные концентраторы, извлекающие мелкое и тонкое золото из магнетитсодержащих песков;

- рудоподготовительный комплекс, сокращающий фронт промывки песков в 2—3 раза практически без потерь металла;

- новые покрытия (коврики) селективного действия, позволяющие оптимизировать гидродинамический режим осаждения частиц золота в шлюзах;

- гравитационно-колоннофлотационные комплексы для извлечения тонкого золота из шламохранилищ и илоотстойников;

- новый процесс сегрегационно-диффузионной концентрации, реализованный в разработанном по патенту НТЦ МГГУ СД-концентраторе и новая комбинированная технологическая схема обогащения хвостов золотодобычи и доводки черновых концентратов позволят повысить пределы извлечения мелкого, тонкого, тонкодисперсного и коллоидного золота, а также решить проблему утилизации золотосодержащих амальгам и ртути из геотехногенных месторождений и отвалов ЗИФ, ШОФ и ШОУ и многие другие проблемами.

В НТЦ получила новое развитие и сама базовая шлюзовая технология. Теоретический анализ процесса сепарации частиц в гидрошлюзах показывает, что важнейшим и возможно единственным способом повышения извлечения частиц МТЗ является их «захват», когда они попадают в придонный слой. Такой «захват» происходит естественно, так как в этой зоне существует

6

ламинарный слой, скорость осаждения частиц в котором в тысячи раз больше, чем в основном турбулентном потоке.

Обычно формирование ламинарного потока в шлюзах достигается за счет ковриков, ворсистых поверхностей (эффект травяного покрова русел). В этом случае увеличение высоты ламинарного слоя влечет за собой не только значительное повышение извлечения мелкого золота, но и снижение качества шлиха за счет засорения его пустой породой (рис. 1). Трафареты, турбулизируя поток, очищают осадительные поверхности от песка, что, в свою очередь, снижает извлечение золота.

о--магнетитового меха (2) и при

ламинарном режиме (3) Внедрение магнитофлокуляционной технологии доизнлечения мелкого

золота из хвостов гидрошлюза повышает извлечение мелкого золота в

магнетитовый шлих на 5-10%, но еще как минимум 5-7% тонкого золота

теряется в отвальных хвостах.

Хорошо известно, что в естественных условиях в отвалах золотодобычи

происходит сегрегация золота за счёт его просачивания (перколяции) сквозь

слой легких частиц пустой породы, которые в эфелях, полученных после

обогащения на шлюзах, в силу эффекта равнопадаемости оказываются

значительно (на порядок) более крупными (рис. 2).

П. В. Лященко изучил явление равнопадаемости, согласно которому

коэффициент равнопадаемости рассчитывается по формуле

где (1, 5, Д, у и 8 - диаметры, плотности частиц и среды, коэффициенты разрыхления для смеси зерен легких(2) и тяжелых(1) минералов.

Рис.1. Эпюры скоростей потока пульпы в промышленном гидрошлюзе при турбулентном режиме с ламинарностью в придонном слое за счет стандартных ковриков и трафаретов (1) и за счет

\

(1)

d

Рис. 2. Диаграмма равиопадаемости частиц золота и кварца

После обогащения на шлюзах в силу эффекта равиопадаемости (формула 1), так как отношение плотности золота к плотности кварца близко к 10-ти, и частицы кварца в эфелях оказываются значительно (на порядок) более крупными, чем золотины. Как известно, диаметр порового канала между частицами составляет 0,1 диаметра частиц, что позволяет в нашем случае, когда по условию равиопадаемости золотины в десять раз меньше зерен кварца, продвигаться вниз по этим каналам под действием силы тяжести.

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. Природной сегрегации минералов по плотности, которая имеет место при любом гранулометрическом составе материала, способствуют движение грунтовых вод, периодические замерзания-оттаивания шламов и илов и т. п.

Наши исследования по искусственному ускорению этого процесса с учетом вышеупомянутых обстоятельств привели авторов к созданию нового метода разделения минералов. В научно-техническом центре Mil'У были проведены теоретические и экспериментальные исследования по разработке и созданию сегрегационно-диффузионного концентратора. За основу были взяты естественные физические процессы, участвующие в формировании геотехногенных россыпных месторождений золота. Образование геотехногенного месторождения можно считать завершенным, если в нём присутствует слой, обогащенный золотом до промышленных содержаний.

Формирование такого слоя на геотехногенных золотосодержащих месторождениях - результат природной сегрегации минералов по плотности,

проявляющейся при динамических изменениях параметров геотехногенного массива (циклы промерзания-оттаивания, движение влаги и т. д.) в квазистатичных условиях. Искусственно интенсифицировать эти процессы возможно путем обратимых деформаций слоя, течением воды и дисперсных систем в условно неподвижном состоянии минеральной среды.

Теоретические предпосылки сегрегационно-диффузионной концентрации.

Впервые явление сегрегации частиц по крупности и удельному весу было исследовано Ф. Дайером, производившим работы по разделению частиц в призматической камере под влиянием горизонтально направленных вибраций. В результате опытов было установлено, что при разделении частиц одной плотности в нижних слоях располагаются мелкие, а в верхних слоях - крупные частицы. При разделении частиц двух плотностей и двух размеров в нижнем слое располагаются мелкие частицы большой плотности, в среднем смесь крупных частиц большой плотности и мелких частиц меньшей плотности, в верхнем - крупные частицы малой плотности.

Теоретические основы сегрегации частиц приведены в работах И.И. Блехмана, Г.Ю. Джанелидзе и В „Я. Хайнмана, рассматривавших разделение сыпучих смесей под действием вибраций при наличии сил взаимодействия между разделяемыми частицами, типа сухого трения. В результате детерминистского анализа авторы приходят к выводу, что погружение или всплывание тел в сыпучей среде, подвергающейся вибрациям, может обусловливаться взаимодействием трех факторов:

- отличием плотности от плотности среды;

- силой сопротивления, которая при движении частиц вверх меньше, чем при движении вниз;

- ассиметричными колебаниями среды.

Нами (по технологическим соображениям) изначально отвергается модель «сухого трения», а также применение энергоемких внешних вибраций. Сдвиговые деформационные движения слоя в нашем случае осуществляются тихоходным лопастным рыхлителем или шнеком, установленным на вертикальном валу.

Рассмотрим идеализированную теоретическую модель сегрегационно-диффузионного разделения с учетом упомянутого выше механизма просачивания мелких частиц золота сквозь слой более крупных зерен кварца 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.

Предположим, что скорость прохождения этих мелких тяжелых золотая (МТЗ) сквозь слой лёгких минералов в каждый данный момент времени будет прямо пропорциональна массе МТЗ - т, оставшихся в слое. В этом случае dm/dt = -Км (2)

где dm/dt - 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:

lnm = - Kct + С

При 1=0 и т = т0 постоянная интегрирования С будет равна С ~ In т„. Тогда In т = - Ktt + In т0, где Шо - масса зерен тяжелого минерала в начале процесса сегрегации (перколяции).

Преобразуя последнее выражение, получим

- Kct

т = т0 е (3)

Отношение m/mo представляет собой по определению извлечение МТЗ в слой материала. В таком случае извлечение тяжелой фракции на дно слоя в рабочей камере £ = 1 - т/т0 =1 - еКс' (4)

При подаче снизу напорной воды, когда слой ожижается (кипящий слой), эта диффузия способствует продвижению золотин вниз в пульсирующих поровых каналах. Закономерности движения жидкостей через зернистые слои, рассмотренные выше, соблюдаются практически при любых скоростях потока, но лишь при движении его сверху вниз. Когда поток движется снизу вверх, эти

закономерности применимы лишь при условии, что скорость потока не превышает величины, при которой неподвижность слоя нарушается.

На рис. 3 показаны три возможных состояния слоя твердых частиц в зависимости от скорости восходящего потока. При относительно небольших скоростях зернистый слой остается неподвижным (рис.За) и его характеристики (удельная поверхность, порозность и т. д.) не меняются с изменением скорости потока. Однако, когда скорость достигает некоторой критической величины, слой перестае т быть неподвижным, его порозность

I 1

I I

I }

I 1

ММ,

I41

ф

11

ни. 11

Рис. 3. Движение жидкости через слой твердых частиц: а — неподвижный слой; б — кипящий (псевдоожи-женный) слой; в - унос твердых частиц потоком.

и высота начинают увеличиваться, слой приобретает текучесть и переходит как бы в кипящее (псевдоожиженное) состояние. В таком слое твердые частицы интенсивно перемещаются в потоке в различных направлениях (рис.Зб), и весь слой напоминает кипящую жидкость, ограниченную ярко выраженной верхней границей раздела с потоком, прошедшим слой. При дальнейшем увеличении скорости потока порозность слоя и его высота продолжают возрастать вплоть до того момента, когда скорость достигает нового, критического значения, при котором слой разрушается и твердые частицы начинают уноситься потоком (рис. Зв).

Скорость, при которой нарушается неподвижность слоя и он начинает переходить в псевдоожиженное состояние, называют скоростью псевдоожижения и обозначают через . При увеличении скорости газа до величины, равной со„с, сопротивление зернистого слоя возрастает с увеличением а0, а его высота практически не изменяется. Начало псевдоожижения наступает при равенстве силы гидравлического сопротивления слоя весу всех его частиц.

Указанное условие выполняется для всей области существования псевдоожиженного слоя, вплоть до того момента, когда скорость достигает величины, при которой слой разрушается и начинается массовый унос частиц

11

потоком. Эту скорость называют скоростью уноса, или, иначе, скоростью свободного витания частиц, и обозначают символом <оа. Малейшее превышение скорости \у0 над величиной сое, приводит к уносу частицы.

Хаотическое движение частиц в кипящем (псевдоожиженном) слое вполне напоминает броуновское движение, но оно вызвано не молекулярной диффузией, а макродиффузией самих частиц в потоке пульпы, одной из причин которой являются турбулентные пульсации восходящего потока,

В связи с тем, что в процессе сепарации концентрация частиц у полюсов растет, а диффузионные силы, которые зависят от градиента концентраций, направлены против активных сил тяжести, возникает процесс десепаращи.

Несмотря на то, что диффузия, как правило, не способствует успешному разделению минералов, процесс магнитной сепарации, как показано О. Н. Тихоновым, можно рассматривать как макродиффузию частиц в силовом поле. Согласно этому подходу на единичный объем (понятие близкое понятию «материальной точки») рабочего пространства действуют силы

в-А-Рс-Рг- Ри-О, (5)

где б - сила тяжести; А - сила Архимеда; Рс - сила сопротивления за счет движения среды и турбулентных пульсаций, а также соударения самих частиц;

- градиентная сила, возникающая за счет градиента концентраций частиц; ^ - сила инерции.

Уравнение равновесия (5) составлено по методу кинетостатики за счет введения силы инерции, действующей на частицу с единичным объемом (принцип Даламбера). С другой стороны, в СД-концентраторе золотины имеют размеры в несколько десятков микрон, поэтому силами инерции для них можно пренебречь.

Если предположить, что сила тяжести и сила Архимеда не зависят от времени и координат для любой точки рабочего пространства, то все

механические силы можно свести к единой равнодействующей Ямех -С-А и считать рабочее пространство полем действия этой силы, вынуждающей диффундирующие частицы совершать направленный дрейф к полюсу сепаратора. В этом случае уравнение (5) принимает вид

Ямех-Рс-Рг= 0. (6)

В этом уравнении особого внимания заслуживают силы сопротивления и диффузионные силы, так как правильность их учета влияет на конечные выводы.

Сила сопротивления - движению частицы возникает за счет соударений с другими частицами и трения о среду, увеличиваемого периодически турбулентными пульсациями.

Если в среднем столкновение двух частиц происходит через тс, то потеря количества движения т0у/т = - а/р- Уср),

где то — масса одной частицы; V — ее скорость; сц — коэффициент сопротивления.

Сила сопротивления в этом случае пропорциональна скорости.

Сила трения частицы о среду ввиду малости ее размера и скорости подчиняется закону Стокса: Рс = - а2(у0 - уср ± гп>,Л4сач), где а2 — коэффициент сопротивления, зависящий от размеров частиц и вязкости среды.

При оценке сепарационного (разделительного) массопереноса скорость среды можно не учитывать, равно как и скорость изотропных пульсаций при большой их частоте, тогда Рс = -(а1 + а2)у =- а-\.

Градиентная диффузионная сила Рг оценивается следующим образом. Мысленно выделим поперек потоку разделительного массопереноса пластинку толщиной (1х, площадью АБ (легкие частицы идут вверх, а тяжелые оседают под действием силы тяжести).

Давление частиц ря на эту пластинку сверху

рЛ ~ КттС(х)АЯ+ЛДУ, (7)

где Кт — коэффициент подвижности частиц, пропорциональный средней кинетической энергии их хаотического движения; т — объемная доля твердого в пульпе.

Давление снизу рн-КттС(лг)Д$, а их разность рл-д, = КтА^\С(х)-С(х+¿г)], причем давление действует на объем Д&& и Др = тС, (*)Д&£с.

Градиентная сила, действующая на единицу объема, таким образом,

•р тСфДМх С(х)е1х С(х) " [объем] 4 '

В нашем примере градиентная сила, стремясь выровнять концентрации легких и тяжелых частиц в зоне сепарации, препятствует процессу сепарации. В общем случае С(Х, У, 7), поэтому в дальнейшем изложении будем обозначать просто С„ имея в виду функцию концентрации золота от координат.

Теперь есть основания записать уравнение (б) следующим образом:

«мех ~ «V ~ Кт8гсн1С3 !С3 =0, (9)

откуда легко найти скорость направленного дрейфа частиц

у = Янв1/а-Ктепи1С,/аС,. (10)

Подставляя найденное значение скорости в выражение закона сохранения вещества в дифференциальной форме:

= (11) получим уравнение диффузии в силовом поле, или уравнение Эйнпггейна-Фоккера-Планка, справедливое только при линейной зависимости силы сопротивления от скорости:

<1С3/М = -Ктс1щгас1С2-^(ИуС3 п2)

а а

Пользуясь оператором Гамильтона (V), можно записать математическую

модель процесса СД-сепарации:

йС3 /& = £>У2С3 - Яма / а гс„ (13)

где Э=Кгп/а— коэффициент макродиффузии частиц.

Основным членом этого уравнения, как правило, является второй член правой части уравнения (8), который уже был получен нами на основе закона действующих масс (9), описывающий сепарационный процесс, тогда как

диффузионный член связан с процессами сепарации и десепарации.

Одним из решений уравнения (4), показавшим хорошее соответствие практических результатов теоретическим, является формула Ерофеева-

К г"

Колмогорова: £ = 1-е с (И)

где п - коэффициент, учитывающий подвижность слоя, форму частиц, их коэффициенты трения и другие неучтенные параметры; Кс = RM„/a -коэффициент скорости сепарации (см. формулу (2)).

В реальных условиях нашего стенда все три процесса - перколяция, сегрегация и макродиффузия - происходят в СД-концентрации одновременно и этот новый, комбинированный процесс исключает любые конкретные аналогии со всеми известными. Недопустимо также повышение скорости восходящего потока выше определённого предела (режим уноса), так как мелкое и пластинчатое золото «идет с водой» - не только по причине гидродинамического качества, но также из-за плохой смачиваемости водой, повышающей его «плавучесть».

Методика экспериментальных исследований

Исследования проводились в три этапа:

- технолого-минералогические исследования;

- разработка и создание экспериментального стендового лабораторного образца сегрегационно-диффузионного концентратора (СДК);

- проведение экспериментальных исследований по изучению процессов разделения минерального сырья на экспериментальном лабораторном стенде СДК.

Для проведения экспериментальных исследований авторами был сконструирован опытный образец СДК для доводки промпродуктов и доизвлечения золота из хвостов ЗИФ, ШОУ и ШОФ (рис. 4), защищенный патентом РФ №2345839 от 27.06.07.

Экспериментальные исследования разработанного доводочного СДК проводились на продуктах обогащения золотосодержащих руд место-рождения «Северо-Восток» (Чукотка). Минералогический анализ выполнен в инженерном центре а/о «Золотые технологии», исследования грануло-метрического состава продуктов обогащения ЗИФ а/с «Чукотка» проводились в НТЦ МГГУ, пробирные анализы - в ЦНИГРИЗолото.

а б

Рис. 4. Схема (а) и внешний вид (б) сегрегационно-диффузионного концентратора для доводки шлихов

1 - платформа, 2 - электродвигатель, 3 - редуктор, 4 - загрузочная воронка, 5 - шнек с перфорацией для вывода материала, выполненный в виде геликоида, 6 - рабочая камера концентратора, 7- емкость для слива, 8 - расходомер с краном

Результаты исследований

Продукты обогащения ЗИФ а/с «Чукотка» были представлены промпродуктом и хвостами гравитационного передела золотоизвлекательной фабрики соответственно с содержанием золота 712 г/т и 6,9 г/т, серебра 1129 г/т и 32,28 г/т, амальгамы 7,8 г/т. Минеральный состав промпродукта и хвостов практически не отличается и представлен следующими тяжелыми минералами: арсенопирит - 50-60%; галенит - 30%; пирит - 20%.

Гранулометрический состав промпродуктов ЗИФ показал, что более 95% всего материала находится в классе -0,5 мм, 71,9 % в классе -0,2 мм и 39 % в классе -0,1 мм. Результаты пробирного анализа после рассева материала по крупности для крупного и среднего, мелкого и тонкого золота, выполненные в ЦНИГРИ Золото, указывают на преимущественное содержание пылевидного золота, амальгамы и диспергированной ртути в классе материала -0,1 мм до 1278,5 г/т. Крупные и средние классы золота, присутствующие в промпродукте, представлены амальгамой и золотом; содержание составляет 835 г/т. В классе -0,5+0,2 мм содержание золота составляет 3,6%.

16

В хвостах ЗИФ а/с «Чукотка» более 78 % представлено пылевидным, «плавучим» золотом, 21,96 % - мелким и тонким и 0,04 % - крупным и средним классами. Проведение оптической микроскопии пылевидного золота и золотосодержащей амальгамы позволило определить морфометрические особенности частиц и дать их характеристику.

Крупное и среднее золото и амальгамы представлены преимущественно жилковидно-пластинчатыми и проволочными морфологическими разновидностями, присутствуют также губчатые и комковидные формы. Губчатые формы амальгамированного золота, по всей видимости, обусловлены трансформацией золота в результате амальгамации, комковидные- в результате внешних механических воздействий при дроблении и циркуляции помола в контуре «мельница-гидравлический классификатор» при измельчении руд.

Мелкое и тонкое золото преимущественно характеризуется сохранившейся естественной друзовой и комковидной формой. Сохранность их форм обусловлена выводом их из контура «мельница-классификатор» сразу после их раскрытия, что не приводит к изменению формы золотин.

Пылевидное золото менее 10 мкм представлено уплощенной пластинчатой формой за счет многократного переизмельчения руды в мельнице для достижения максимального его раскрытия.

При проведении исследований на лабораторном СДК вес материала (промпродукта, хвостов) составлял 1,5 кг. Материал в рабочую область концентратора загружался сразу, вместо шнека использовались рыхлители, установленные на валу. После загрузки материала из конической части концентратора подавалась вода, затем посредством электропривода запускались рыхлители. Количество оборотов рыхлителей изменялось от 3 до 18 мин"1. Количество подаваемой воды для создания псевдоожиженного слоя составляют от 15 до 35 л/ч на 1 кг перерабатываемого материала. Время работы концентратора составляло один час. После завершения работы концентратора вал с рыхлителями аккуратно вынимался, затем из рабочей области концентратора извлекали материал, который делили на несколько частей: концентрат (одна часть), промпродукт (две части), хвосты (одна часть) (рис. 5).

Слив обезвоживали. Затем все продукты концентратора подвергались сушке при температуре 105 °С.

Таким образом, в результате работы сегрегационно-диффузионного концентратора было получено пять продуктов. Каждый продукт концентратора делили на две части: для гранулометрического и для пробирного анализов. По результатам пробирного анализа продуктов обогащения промпродукта ЗИФ а/с «Чукотка» установлено, что извлечение золота в концентрат составило 83 % с содержанием 6039,9 г/т (рис. 5). Извлечение при концентрации золота из хвостов ЗИФ составила 91,2 % с содержанием 15,74 г/т.

Хвосты Промпродукт Концентрат

Рис.5. Продукты обогащения на сеграгационно-диффузионном концентраторе

по высоте камеры.

Содержание золота в концентрате изменяется по экспоненциальной зависимости. Незначительная часть золота была отмечена в сливе концентратора как для промпродукта, так и для хвостов ЗИФ. Это является результатом выноса пылевидного и коллоидного золота из продуктов обогащения. Решением этого вопроса может быть установка на сливе сегрегационно-диффузионного концентратора гидравлического классификатора Тихомирова.

Основными параметрами, оказывающими влияние на эффективность

извлечения золота при СДК, являются: число оборотов рыхлителей, количество

поступающей воды и гранулометрический состав материала. Для

18

псевдоожижения обогащаемого материала массой I кг требуется подавать от 0,3 до 0,5 л/мин воды. Увеличение расхода воды от 0,3 до 0,7 л/мин зависит от гранулометрического состава материала, так как чем мельче материал, тем большее количество воды требуется для создания псевдоожиженного слоя.

При увеличении скорости подачи воды наблюдается вынос тонкодисперсного и коллоидного золота, что отражается на эффективности работы концентратора. На производительности работы концентратора увеличение скорости подачи воды мало сказывается.

Большое влияние на производительность и эффективность извлечения золота оказывает количество оборотов рыхлителей, а при использовании шнека с перфорацией в форме конического геликоида, используемого для вывода материала из процесса, от количества оборотов напрямую зависит концентрация золота. Результаты исследований влияния количества оборотов рыхлителей на извлечение золота свидетельствуют, что при увеличении скорости вращения рыхлителей свыше 5 об/мин наблюдается снижение

Рис. 6. Концентрация золота в продуктах сегрегационно-диффузионного концентратора по его высоте при доизвлечении золота из хвостов (1) и доводке промпродукта (2) золотоизвлекатеяьной фабрики ПК а/с «Чукотка» месторождения «Северо-Восток»; 3, 4 - соответственно слив концентратора при переработке промпродукта и хвостов ЗИФ.

Это объясняется тем, что при высокой скорости вращения рыхлителей происходит не только вертикальное перемещение частиц в рабочей камере, но и боковые смещения частиц, изменяющие скорость движения и направление движения частиц, что приводит к перемешиванию материала с последующим выносом частиц золота в слив восходящим потоком воды.

Уменьшение числа оборотов до 3 об/мин привело к незначительному снижению извлечения золота в концентрат, что является следствием квазистатичного перемещения частиц в рабочей камере, приводящего к укладке часгац материала в более плотную упаковку и уменьшению количества каналов для миграции мелких и тонких частиц золота в коническую часть камеры СДК. Увеличение времени работы концентратора до 3 - 5 часов при скорости 3 об/мин позволило повысить извлечения до 90 %, но при этом снизилась производительность концентратора (рис. 7).

I % Рис. 7. Зависимость

Оптимальное количество оборотов рыхлителей для хвостов и промпродукта ЗИФ а/с «Чукотка» при СДК составило 5 об/мин. При использовании регрессионного анализа для обработки результатов экспериментальных исследований зависимости извлечения от количества оборотов рыхлителей нами было получено экспоненциальное уравнение, описывающее процесс СД-концентрации (табл. 1).

извлечение золота из хвостов ЗИФ а/с «Чукотка» от количества оборотов рыхлителей (экспериментальные результаты получены после математической обработки)

1П

Таблица 1

Зависимость излечения золота от скорости рыхления

Извлечение золота, % Значение статистических параметров

а Ь Ы . Я

¿ли. -3384 3480 1255 0,89

Примечание: а, Ь, Ы - коэффициенты аппроксимации уравнения, п - число оборотов рыхлителей, мин"1

Полученные результаты исследований на доводочном СДК доказали эффективность сегрегационно-диффузионного метода, а полученные сепара-ционные характеристики работы концентратора позволили сделать вывод о высокой эффективности данного метода при разделении труднообогатимых мелких и тонких классов золота и пустой породы. Применение СДК позволит увеличить извлечение золота и амальгамы при промывке песков и доизвлечении ценного компонента из промежуточных продуктов и хвостов золотоизвлекательных, шлихообогатительных фабрик и установок.

Обогащение золотосодержащего сырья геотехногенных месторождений осуществляется путем получения шлихового концентрата на гадрошлюзах ПГШ-50, 1111111-30, ШНРК и доизвлечения золота из хвостов промывки крупностью -10 мм на магнитно-флокуляционном концентраторе типа КПМФ и СДК с получением черновых концентратов. После проведения операции дезинтеграции и грохочения надрешетный продукт крупностью +50 мм поступает в отвал. Подрешетный продукт крупностью -50 мм поступает на шлюз глубокого наполнения, где происходит обогащение с получением чернового концентрата с содержанием золота 1654 г/м3 и амальгамы 740,3 г/м3.

Хвосты со шлюза крупностью -10 мм поступают на магнитно-флокуляционный концентратор для доизвлечения мелкого и тонкого золота и амальгамы. Извлечение золота на магнитно-флокуляционном концентраторе составляет 45 %. Хвосты магнитно-флокуляционной концентрации поступают на обезвоживание в бункер-обезвоживатель или на ленточный обезвоживатель, а затем на доизвлечение тонкодисперсного, коллоидного золота и диспергированной амальгамы - после обогащения на шлюзе глубокого наполнения и магнитно-флокуляционной концентрации - на

СДК. Концентраты с МФ - и СД-концентрации отправляются на доводку на шлихообогатительную фабрику.

а,

= 100 = 0,4

у,% =100

Дезинтеграция

Р.Г/Т

Исходное сырьЕ грохочение

0,02 1654 83,3

87,0 0,45 97,8

Обогащение на

(гидровашгерд) +50 ми

Концентрат на ШОУ

шлюзах

86,08 0,2 14,5 Грохочение

-10

53

0,195 13,9

+10 33,98 0,03 0,8

0,01 427,5 10,26

Дефлокуляционный концентратор

Магнитио-флокуляционная концентрация

13,0 0,06 2,2

В отвал

0,003 567,8 9,8

Концентрат на ШОУ

0,007 0,008 0,46

Магнетит в спецотвал

55,99 0,08 3,64

-1 Тонкое грохочение +1

13,99 0,15 3,60,

42

0,0004

0,04 В отвал

Обезвоживание (сгущение!

0,15 I 4,49

0,01 620 33

Концентрат на ШОУ

Сегрегационно-диффузионная концентрация

11,98 0,0 1,19 В спецотвал

2 0 0,00

В отстойник

Рис. 8. Технологическая схема переработки геотехногенных месторождений золота

Таким образом, предлагаемые нами процесс сегрегационно-диффу-зионной концентрации, реализованный в разработанном по патенту НТЦ Mil'У концентраторе, и новая комбинированная технологическая схема обогащения хвостов золотодобычи и доводки черновых концентратов (рис.8) позволят расширить границы извлечения мелкого, тонкого, тонко-дисперсного и коллоидного золота, а также решить проблему утилизации золотосодержащих амальгам и ртути из геотехногенных месторождений и отвалов ЗИФ, ШОФ и ШОУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи совершенствования техники и технологии обогащение золотосодержащего сырья для повышения извлечения золота за счет мелких и тонких классов, в результате исследования, разработки и внедрения нового процесса извлечения МТЗ - СД-концентрации.

Основные научные и практические выводы и рекомендации, полученные лично автором:

1. Доказана возможность реализации нового процесса СД-концентрации МТЗ из отвальных продуктов золотодобычи, установлены его основные теоретические закономерности и разработана его математическая модель;

2. Разработана оригинальная, защищенная патентом РФ, конструкция СД-концентратора, которая на основе полученных представлений об этом процессе позволяет достигать содержания золота в концентрате в 5-10 раз выше, чем в исходном продукте при извлечении до 80%;

3. Предложена новая технология обогащения металлоносных песков с большим содержанием МТЗ, позволяющая значительно повысить эффективность процесса обогащения золота за счет снижения его потерь;

4. Разработана и смонтирована стендовая установка сегрегационно-диффузионного концентратора, которая позволяет экспериментально оптимизировать основные параметры процесса обогащения и улучшить конструктивно-технологические параметры СД-концентратора.

5. Разработана методика расчёта основных конструктивных параметров сегрегационной установки, учитывающая влияние возмущающих сил переменного направления, для решения технологической задачи извлечения МТЗ из хвостов обогащения золотых россыпей.

6. Внедрение новых процессов и аппаратов сегрегационно-диффузионной концентрации в промышленность позволит существенно расширить сырьевую базу россыпной золотодобычи за счет техногенных месторождений с большим содержанием МТЗ.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Рахимов С.Н. Золото Узбекистана // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2009. -№8. -3 с. Депонировано 25.05.2009 г. / № 707/08-09.

2. Рахимов С.Н. Обогащение золотосодержащих руд Узбекистана (Кызылкумский регион) // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. -№8. -4 с. -Депонировано 25.05.2009 г. /№ 706/08-09.

3. Рахимов С.Н. Проблемы повышения извлечения при обогащении россыпного золота на современном этапе // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2009. - №3. - С. 268-272.

4. Рахимов С.Н. Кармазин В.В. Исследования, проведенные в НТЦ «Горнообогатительные модульные установки» по сегрегации золота из отвальных продуктов золотодобычи // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск «ОПИ-1». - 2009. - №14. -С.163-170.

5. Рахимов С.Н. Кармазин В.В. Татауров С.Б. Кармазина Н.П. Теоретические и экспериментальные исследования сегрегационно-диффузионной концентрации золота из отвальных продуктов золотодобычи. // Журнал «Золотодобывающая промышленность». -2009. -№14. -С. 6-12.

6. Патент на изобретение №2345839 «Концентратор гравитационный», Кармазин В.В., Татауров С.Б., Дядченхо Д.В., Кармазина Н.П., Рахимов С.Н. 27.06.2007 г., 5-стр.

Подписано в печать 2-2.. 05- 2010 г. Формат 60x90/16 Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №

Отдел печати М11 У, Москва, Ленинский проспект д.6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Рахимов, Салим Насимович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ

1.1. Анализ сырьевой базы рассыпного золота.

1.2. Гравитационные методы обогащения при россыпной золотодобыче

1.3. Флотация россыпного золота.

1.4. Комбинированные методы извлечения МТЗ.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Характеристика золота, теряемого в отвальных продуктах россыпной золотодобычи.

2.2. Выбор исходных материалов и методики экспериментальных исследований.

2.3. Результаты исследований.

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА МЕЛКИХ КЛАССОВ ЗА СЧЕТ КОМБИНИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ.

3.1. Научные основы гравитационных процессов обогащения.

3.2.Теоретические принципы сегрегационно-диффузионная концентрации МТЗ.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТОНКОГО ЗОЛОТА В КОНЦЕНТРАТОРАХ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ КОМБИНАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ.

4.1. Конструктивно-технологические параметры СД - концентраторов для стенда непрерывного исследования процесса.

4.2. Разработка и изготовление опытно-промышленного образца СД -концентратора

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ОБОГАЩЕНИЯ ПРОДУКТОВ РОССЫПНОЙ ЗОЛОТОДОБЫЧИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОЦЕССА СЕГРЕГАЦИОННО-ДИФФУЗИОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ МТЗ. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ТЕХНОЛОГИИ.

ВВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Извлечение мелкого и тонкого золота из отвальных продуктов золотодобычи на основе сегрегационно-диффузионной концентрации"

Актуальность проблемы. Увеличение золотовалютных резервов страны, связанное с повышением добычи золота, является одним из наиболее актуальных направлений развития технологии в нашей стране.

Однако, несмотря на солидную минерально-сырьевую базу и большие запасы россыпного золота в России, его добыча имеет тенденцию к снижению. Объяснением могут служить следующие причины. 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.

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

Содержание тонкого золота в отвальных продуктах обогащения в о среднем составляет: для эфельных отвалов от 70 до 400 мг/м , для галечных

3 3 отвалов от 60 до 280 мг/м , в хвостах шлюзов до 6000 мг/м , 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, к тому же стоимость золота на мировом рынке выросла почти в три раза. Учитывая реальное положение дел, необходимо считать ресурсы месторождений, содержащие много МТЗ, новым видом сырья, для которого не существует эффективной технологии обогащения с высоким извлечением. В связи с этим одним из важнейших направлений преодоления технических и экономических проблем золотодобывающей промышленности является отказ от устаревшей технологии, рассчитанной на практически исчезнувшую категорию крупного золота. Необходимо переходить к новым наукоёмким процессам и аппаратам, новой экологически чистой технологии, обеспечивающей извлечение весьма тонких классов драгметаллов, т.е. основой для решения проблемы прироста продукции россыпной золотодобычи становится создание новой техники и технологии для повышения извлечения МТЗ.

В настоящей диссертации выполнен анализ новых методов обогащения золотосодержащих россыпей с целью повышения извлечения МТЗ из отвальных продуктов. Рассмотрены гравитационные, включая центробежные, электромагнитные, магнитно-гравитационные, гидромеханические, флотационные и комбинированные технологии извлечения тонких классов золота из хвостов обогащения и соответствующие им технические решения.

Одним из рекомендуемых автором на основе выполненного анализа методов извлечения МТЗ могут быть предложенные в работе и защищенные патентом РФ процессы и аппараты для извлечения МТЗ, основанные на сегрегационно-диффузионной концентрации (СДК). В работе исследуются технико-технологические возможности применения нового процесса СДК, которые позволяют значительно повысить извлечение тонкого золота.

Цель работы. Повысить извлечение МТЗ из отвальных продуктов обогащения золота на основе промышленного внедрения новой техники и технологии СДК.

Идея работы. Изучить основные закономерности процесса СДК для разработки методики расчёта оптимальных конструктивно-технологических параметров СД-концентраторов, позволяющих создать промышленную модульную конструкцию.

Объектами исследования являлись пробы, отобранные на золотодобывающих предприятиях Чукотки и Восточной Сибири, представляющие хвосты гравитационного обогащения (драги, промприборы, ЗГЖ, ШОУ, ЗИФ) для испытаний на СД-концентраторах.

Методы исследований. В ходе работы над диссертацией использовались следующие методы исследований:

- магнитно-радиометрические, химические методы анализа исходных материалов и продуктов разделения;

- моделирование процесса СДК в лабораторных и стендовых условиях;

- получение и исследование математической модели процесса СДК;

- аналитические и экспериментальные исследования основных параметров работы СД- концентраторов;

- статистический анализ результатов, полученных в ходе стендовых испытаний, эксплуатации конструкции установки для диффузионной сегрегации хвостов обогащения россыпных месторождений золота;

- использование современной аналитической и экспериментальный базы для изучения основных конструктивно-технологических параметров работы установки для СД-концентрации, минерального и вещественного состава и свойств продуктов обогащения.

В экспериментах использовались специальные и стандартные измерительные устройства и приборы.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

- предложен новый процесс сегрегационно-диффузионной концентрации МТЗ, совмещающий перколяцию, сегрегацию и диффузию в кипящем слое, который успешно испытан на отвальных продуктах золотодобычи;

- установлены основные теоретические закономерности процесса СД-концентрации (взаимосвязи между его основными конструктивно-технологическими параметрами содержанием и извлечением золота) и получена его математическая модель;

- обоснована оригинальная (защищенная патентом РФ) конструкция гравитационного СД-концентратора, позволяющая достигать содержания золота в концентрате в 5-10 раз выше, чем в исходном продукте при извлечении до 80%;

- предложена технология обогащения металлоносных песков с большим содержанием МТЗ, состоящая из циклов промывки, магнитно-флокуляционной концентрации и СД-концентрации эфелей, которая позволяет значительно повысить эффективность процесса обогащения золота за счет снижения его потерь;

- на основе математического моделирования процесса СД-концентрации выполнен расчёт основных конструктивных параметров сегрегационной установки, учитывающий влияние возмущающих сил переменного направления для решения технологической задачи повышения извлечения золота из хвостов обогащения золотых россыпей.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов.

Научные положения, выводы и рекомендации подтверждаются удовлетворительной сходимостью результатов аналитических расчётов с данными, полученными опытным путём. Оценка адекватности теоретической модели выполнена с доверительной вероятностью 0,8.

Экспериментальное моделирование процессов сегрегационно-диффузи-онной концентрации осуществлялось на стендовой установке с приборами для измерения основных её конструктивно-технологических параметров, и их регулировки. Для контроля эффективности процесса применялись минералогический, гранулометрический и другие методы лабораторного анализа продуктов обогащения, математические методы расчёта скоростей и давлений. Данные обрабатывались с использованием современных компьютерных программ.

Научное значение работы заключается в уточнении современных теоретических представлений о процессах гравитационного обогащения тонких классов тяжелых минералов, в частности о процессах перколяции и сегрегации МТЗ в кипящем слое отвальных продуктов золотодобычи, на основе чего разработан новый процесс сегрегационно-диффузионной концентрации МТЗ и создана его математическая модель, устанавливающая зависимости показателей обогащения от конструктивных параметров СД-концентратора.

Практическое значение работы заключается в реализации разработанного процесса в созданном оригинальном устройстве — гравитационном концентраторе [патент РФ №2345839 от 27.06.07], который может применяться для извлечения мелких и тонких классов золота, платины и минералов редких металлов из отвальных продуктов россыпной золотодобычи.

Процесс сегрегационно-диффузионной концентрации МТЗ и новые конструкции СД-концентраторов прошли экспериментальную проверку на предприятиях Российской Федерации и Узбекистана, которая показала реальные возможности повышения эффективности переработки россыпных месторождений золота за счет доизвлечения МТЗ из отвальных продуктов золотодобычи.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Процесс СДК и концентратор СДК-150 были испытаны на хвостах Навоийского горнометаллургического комбината. Основные результаты работы переданы НГМК для внедрения сегрегационно-диффузионной концентратора СДК-250 в промышленность и его дальнейшего совершенствования, а также используются в учебном процессе МГГУ (курс «Гравитационные методы обогащения»).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на научных конференциях «Неделя горняка» (2009 - 2010 гг.), семинарах кафедры ОПИ МГГУ (2007 - 2009 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 работ, из них 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 94 наименований и 2 приложений, содержит 22 рисунка и 8 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Рахимов, Салим Насимович

ВВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Доказана возможность реализации нового процесса СД-концентрации МТЗ из отвальных продуктов золотодобычи, установлены его основные теоретические закономерности и разработана его математическая модель;

2. Разработана оригинальная, защищенная патентом РФ, конструкция СД-концентратора, которая на основе полученных представлений об этом процессе позволяет достигать содержания золота в концентрате в 5-10 раз выше, чем в исходном продукте при извлечении до 80%;

3. Предложена новая технология обогащения металлоносных песков с большим содержанием МТЗ, позволяющая значительно повысить эффективность процесса обогащения золота за счет снижения его потерь;

4. Разработана и смонтирована стендовая установка сегрегационно-диффузионного концентратора, которая позволяет экспериментально оптимизировать основные параметры процесса обогащения и улучшить конструктивно-технологические параметры СД-концентратора.

5. Разработана методика расчёта основных конструктивных параметров сегрегационной установки, учитывающая влияние возмущающих сил переменного направления, для решения технологической задачи извлечения МТЗ из хвостов обогащения золотых россыпей.

6. Внедрение новых процессов и аппаратов сегрегационно-диффузионной концентрации в промышленность позволит существенно расширить сырьевую базу россыпной золотодобычи за счет техногенных месторождений с большим содержанием МТЗ.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Рахимов, Салим Насимович, Москва

1. Амосов Р.А., Васин C.JL Онтогенез самородного золота России. М. ЦНИГРИ. - 1995.

2. Андреева Г.С., Горюшкина С .Я., Небера В.П. Переработка и обогащение полезных ископаемых россыпных месторождений. — М.: Недра, 1992.-410 с.

3. Асташкина В.Г., Рудин В.А., Суббота Л.Ф. Испытания нового покрытия шламовых концентраторов для обогащения слабомагнитных руд // Основные направления совершенствования техники и технологии обогащения руд цветных металлов. -Л., 1990. -С. 141-144.

4. Барский Л.А., Козин В.З. Системный анализ в обогащении полезных ископаемых. М.: Недра, 1978. — 486 с.

5. Белова Т.Б., Храмченко С.И. Оценка эффективности извлечения мелкого золота на гравитационных аппаратах // Цветные металлы, 1986. №3. С. 94-95.

6. Беневольский Б.И. Золото России. Проблемы использования и воспроизводства минерально-сырьевой базы. — М.: «Геоинформмарк» 1995.

7. Беневольский Б.И.Шевцов Т.П. О потенциале техногенных россыпей Российской Федерации // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. -2000. №1.

8. Брик К.А., Мурзин В.В., Кисилёва Л.О., Малюгин А.А. Совершенствование технологии переработки песков и методики оценки россыпей, содержащих упорные формы золота. Свердловск: УрО АН СССР, 1989.-41 с.

9. Берт P.O. Технология гравитационного обогащения. М.: Недра.

10. Блинов А.А. Проблема освоения ресурса мелкого и тонкого россыпного золота на территории Якутии // Важнейшие промышленные типы россыпей кор выветривания, технологии оценки и освоения. -М., 1997. С. 41.

11. Бондарь И.М. Применение метода электродинамической сепарации при переработке золотосодержащих россыпей и галечных отвалов //

12. Разработка и обогащение рудных и нерудных месторождений при их комплексном освоении. — М., 1988.-С. 145-148.

13. Валиков К.А., Шестовец В.З., Шабалина М.А. Флотационное извлечение мелкого и «плавучего» золота // Цветные металлы. -2002. -№7. -С. 15-18.

14. Гуменик И.Л., Матвеев А.С., Панасенко А.И. Классификация техногенных формирований при открытых горных работах // Горный журнал.- 1988. -№12.-С. 53-54.

15. Гуцелюк А.В., Федянин Н.П. Опыт эксплуатации поворотных двухъярусных шлюзов с механизированным сполоском // Колыма. -1989. -№6.- С. 24-27.

16. Данилевский В.В. Русское золото. М.: Гос. науч.-техн. издательство 1959.-380 с.

17. Дик И.П. Гранулометрическая и минералогическая дифференциация в россыпях Центрального Алдана //Сб.: Особенности россыпей золота и их поисковое значение. -Якутск, 1980. -С. 60-68.

18. Закиева Н.И. Магнитно-флокуляционное извлечение тонкого золота из россыпей с низким содержанием магнетита // Обогащение руд. Сб.научных трудов. Иркутск. 1997. - С.64-67.

19. Закиев Р.Б., Закиева Н.И., Мязин В.П. Совершенствование технологии дражной переработки золотосодержащих песков на объектах Читинской и Амурской областей. //Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2001. №12. С. 203-210.

20. Замятин О.В., Лопатин А.Г., Санникова Н.П., Чугунов А.Д. Обогащение золосодержащих песков и конгломератов. — М.: Недра, 1975.

21. Замятин О.В. Основные закономерности и технологические возможности обогащения золотосодержащих песков на шлюзах //Обогащение руд. 1997. -№1,-С. 16-20.

22. Замятин О.В., Конюкова А.Т., Тарасова Т.Б. Технология обогащения золотосодержащих песков // Цветная металлургия, 1988. №2. С. 33-34.

23. Зеленов В.И. Методика исследования золото — и серебросодержащих руд. М.: Недра, 1989. - 302 с.

24. Извлечение мелкого золота из россыпей с использованием центробежных методов обогащения / В.М. Маньков, О.В. Замятин, В.Т. Козловский и др. // Горный журнал. -1994. -С. 44-46.

25. Интенсификация процессов обогащения песков россыпных месторождений //В.М.Маньков, А.Г.Лопатин, Т.С.Николаева, И.В.Артемьев// Цветные металлы, 1980. №5. С. 81-85.

26. Какорин А.И. Всесоюзная научно-техническая конференция. Перспективные направления по созданию техники и технологии для переработки минерального и техногенного сырья // Цветные металлы. 1991. -№10.-С. 61-63.

27. Кармазин В.И., Кармазин В.В. Магнитные методы обогащения. М.: Недра, 1984.

28. Кармазин В.И., Кармазин В.В. Магнитные и электрические методы обогащения. -М.: Недра, 1988.

29. Кармазин В.В., Пилов П.И. Принципы сепарационного массопереноса в турбулентных потоках пульп, содержащих полидисперсную и гетерогенную твердую фазу. ГИАБ МГГУ №4, 2001.

30. Кармазин В.В. Перспектива увеличения добычи золота при разработке техногенных месторождений // Горный журнал. 1999. - №7. -С.56-57.

31. Кармазин В.В., Сыса П.А., Закиева Н.И. и др. Извлечение плотных минералов в активном слое гидравлических шлюзов. //Горн.информ.-аналит.бюл. 1997. - №5. - С. 36-39.

32. Кармазин В.В., Закиева Н.И. Технологические возможности магнитно-флокуляционной сепарации тонких классов руд россыпных месторождений // Горн, информ. — аналитический бюлл. — 1995. Вып. 4. — С. 60-65.

33. Каминский Ю.Д., Копылов Н.И. Технологические аспекты извлечения золота из руд и концентратов. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999.- 124 с.

34. Кизевальтер Б.В. Теоретические основы гравитационных процессов обогащения-М.: Недра, 1979. С. 142- 151.

35. Ковалёв А. А. Интенсификация процессов гравитационного обогащения золотосодержащих россыпей. Владивосток: ДВО АН СССР, 1991.-200 с.

36. Ковлеков И.И. Новый способ извлечения золота из техногенных песков // Горный журнал. 2002. -№2. - С. 47-50.

37. Ковлеков И.И. Извлечение мелкого золота в магнитной постели с управляемой шероховатостью и управливающей емкостью. ГИАБ МГГУ №8, 2001.

38. Ковлеков И.И. Техногенное золото Якутии. М.: Изд-во МГГУ. 2002. -303 с.

39. Козин В.З. Безотходные технологии горного производства // Изв. вузов. Горный журнал. 2001. - №4-5. - С. 167-190.

40. Костромин Н.С. Обогащение песков золотоносных россыпей на шлюзах драг // Колыма. 1987, - №12. -С. 21-23.

41. Кроткова О. А., Пузик К. А. Промышленное значение тонкодисперсного золота при оценке перспектив золотоносности на Чукотке // Разведка и охрана недр. — 1964. -№6. С. 15-17.

42. Крупномасштабное и комплексное освоение природных и техногенных россыпных месторождений Дальнего Востока / Ю.А.Мамаев и др.// Добыча золота. Проблемы и перспективы. -Хабаровск: ИГДДВО РАН, 1997.-С.13-23.

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

44. Лунев Б.С., Осовецкий Б.М. Уральские россыпи с мелким золотом //Изв.Вузов. Гонный журнал. 1994. -№6. -С. 51-62.

45. Лященко П.В. Гравитационные методы обогащения. — М.; Л.: ГОНТИ, 1935.

46. Макаров А.В. Золото техногенных россыпей Красноярского края (геологические и технологические аспекты) // Разведка и охрана недр. 1997. -№ 10.

47. Маликов В.М., Замятин О.В. Проблема мелкого золота в россыпях Сибири и Дальнего Востока и пути его извлечения // Колыма. — 1990. №11. — С. 16-19.

48. Мамаев Ю.А., Литвинцев B.C., Шаповалов B.C. Перспектива крупномасштабного освоения техногенных россыпных месторождений Северо-Востока СССР // Проблемы и перспективы развития горного дела на Северо-Востоке СССР. Якутск, - 1990. 4.1. - С. 58-64.

49. Мамаев Ю.А. Научно-методические и технологические основы рационального освоения техногенных россыпей золота. М.: МГГУ, 1996. 40с.

50. Меликов И.К., Кокташев А.Е., Мацуев Л.П. Практическое руководство по эксплуатации промывочных установок и шлихообогатительных фабрик. Магадан: Изд. ВНИИ-1, 1975.

51. Мязин В.П. Физико-химическая технология минералоподготовки при добыче и первичной переработке песков россыпных месторождений.

52. Технология минерального сырья: теория и практика. РАН СО БНЦ. Улан-Удэ, 1993.

53. Невский Б.В. Обогащение россыпей. М.: ГНТИ, 1949. - 336 с.

54. Новые методы извлечения мелкого золота при отработке россыпных и техногенных месторождений /В.В.Кармазин, Р.И.Исаков, В.П.Мязин, А.Б.Солоденко //Горный журнал, 1999. - №5. - С. 45-49.

55. Новые процессы извлечения мелкого золота из отвальных продуктов /В.В.Кармазин, О.И.Рыбакова, В.И.Измалков, С.Б.Татауров //Горный журнал. -2002. №2.-С. 71-77.

56. Об истинных технологических потерях золота на промприборах объединения «Северовосток золото» / Е.И.Богданов, А.А.Ковалёв, А.Ф.Кушнаренко, А.Н.Шонина // Комплексное использование минерального сырья Дальнего Востока. Владивосток, 1990. - С. 70-81.

57. Оксман B.C., Черосов A.M., Дыбин Д.А. Мелкое золото в месторождениях Республики Саха (Якутия) // Горный журнал. -1998. -№5. -С. 17-20.

58. Савин Е.Д., Ковлеков И.И. Проблемы освоения техногенных россыпных месторождений Якутии // Сб.: Человек и Север: Исторический опыт, современное состояние, перспективы развития. Якутск, 1992, 4.3 - С. 29-30.

59. Садковский Б.П. Теоретические и экспериментальные исследования новых аппаратов на основе гидравлического и сегрегационного разделения — гравитационных угловых концентраторов. М.: Издательство МГГУ им. Н.Э.Баумана, 2002.

60. Секисов Г.В. Техногенные месторождения полезных ископаемых и основные аспекты и формирования. М.: ИПКОН АН СССР, 1988. - 13 с.

61. Солоденко А.Б., Евдокимов С.И., Казимиров М.П. Обогащение россыпей золота. Владикавказ: Мавр, 2001.

62. Соложенкин П.М., Емельянов А.Ф., Гардер Ю.А. и др. Усовершенствование технологии обогащения золотосодержащих песков россыпных месторождений Таджикистана // Колыма. 1989. -№1. - С. 19-21.

63. Справочник по обогащению руд. Гл. ред. О.С. Богданов. Т. 2, ч.1. — М.: Недра, 1974.

64. Справочник по разработке россыпей. М.: Недра, 1973.

65. Справочник по разработке россыпей /В.П.Березин, В.Г. Лешков, Л.П.Мацуев, С.В.Потёлкин. М.:Недра, 1973. -592 с.

66. Сурков А.В. Новое в изучении песчано-алевритовой компоненты россыпей и отсадочных пород. М.: Издатель Е.Разумова, 2000. 286 с.

67. Тихонов О.Н. Введение в динамику массопереноса обогатительной технологии. Л.: Недра, 1973.

68. Трубецкой К.Н., Рогов Е.И., Никитин М.Б. Метод обоснования оптимальных параметров создания и разработки техногенных месторождений //комплексное использование минерального сырья. Алма-Ата: Наука, 1986. -С. 7-11.

69. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н. Комплексное освоение техногенных месторождений //. Горный журнал. 1992. - №1. - С. 12-16.

70. Тумольская Т.В., Кузьмина Н.К., Кисляков А.Д. Обогащение песков с мелким золотом при открытом способе их добычи // Цветная металлургия. — 1986. -№2.

71. Федотов К.В., Леонов С.Б., Сенченко А.Е. Практика извлечения труднообогатимого золота из россыпных месторождений // Горный журнал. — 1998.-5.-С. 56-63.

72. Храмченко С.И., Белова Т.Б. Об использовании ваннера Мозли для улавливания тонкого золота // Цветная металлургия. 1988. -№3. -С. 26-27.

73. Чантурия В.А., Седельникова Г.В. Развитие золотодобычи и технологии обогащения золотосодержащих руд и россыпей. Горный журнал № 5, 1998.

74. Черенев С.С., Искандеров Р.В. О гранулометрическом составе золота на некоторых техногенных россыпях // Колыма. 1988. - №3. — С. 26.

75. Черных С.И., Попов P.JL, Геоня Н.И. Пути повышения извлечения благородных металлов на обогатительных фабриках. //Цветная металлургия, 1991. №8.

76. Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения. -М.: Недра, 1980.

77. Шпунт Б.Р., Шамшина Э.А., Ким А.А. О распределении тонкодисперсного золота в аллювиальных россыпях // Новости геологии Якутии. 1973. Вып.З. - С. 102-104.

78. Шпунт Б.Р., Шамшина Э.А. О закономерностях распределения тонкодисперсного золота в россыпях Сибирской платформы // Дальность переноса золота при формировании россыпей. -Якутск: ЯФСОАНСССР, 1977. -С. 62-73.

79. Эксплуатационные потери и борьба с ними при разработке россыпей драгами.- М., 1967. 84 с.

80. Alternative gold ore treatment under test // S.Affr. Mining and Eng.J. -1976.-V. 88. P. 23-28.

81. An evaluation of the Mozley MGS for fine particle gravity separation / A.Traore, P.Conil, R.Honot, M. Save // Minerals Engineering. 1995. - V. 8. -№7. -P. 767-778.

82. Burt R.O. A review of gravity concentration techniques for processing fines // Prod, and Process. Fine Part. New York, 1988. -P 375-385.

83. Clarkson R. Placer gold recovery research. Whitehorse. 1990. -P. 9.

84. Conwell C.N. Recovery of fine gold in a placer operation // Western Miner. 1981. -V. 54. -№9. -P. 36-40.

85. Daniel E. Walsh. Evaluation of the four inch compound water cyclone as a fine gold concentrator using radiotracer techniques. Fairbanks. 1985. -P. 133.

86. Dave Mc Cracken. Fine gold recovery // California Mining Journal. -1984. -V. 53. -№9.-P. 59-63.

87. Fricker A. Metallurgical Efficiency in the Recovery of Alluvial Gold // Australian Institute of Mining and Metallurgy. -1984. -V. 289(1). -P. 59-67.

88. Gold: Physical concentration of gold ores // Annu. Rept. Counc. Miner. Technol. Randburg. 1983. -P. 4-13.

89. Mardsen J. An overview of Gold Processing Around the World // Jnt.Gold Mining Newslett. 1992. -V. 19. -№9. -P. 138-141.

90. Karmazin V.V., Myazin V.P., Protasov V.F. New ways of increasing noble metals recovery and solving environmental problems in processing of gold mining wastes. //Obogasheniye rud. 2000. № 6.

91. Placer gold recovery plants // Mining Magazine. 1986. -V. 154. -№1. -P. 75-76.

92. Walter C. Evaluating a Microfine Gold Placer Deposit // California Mining Journal. 1984. -V. 53. -№12. - P. 5-6.

93. Wang Wengian, George W. Poling. Methods for recovering fine placer gold // Canadian Mining and Metallurgical Bulletin. 1983. -V. 76. -№860. - P. 4756.

94. Wengian W., Poling G.W. Methods for recovering fine placer gold // GIM Bull. 1983. - V. 76. - №860. - P. 41-56.