Обоснование эффективных способов дезинтеграции высокоглинистых песков при открытой разработке россыпных месторождений благородных металлов

Серый, Руслан Сергеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование эффективных способов дезинтеграции высокоглинистых песков при открытой разработке россыпных месторождений благородных металлов
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Обоснование эффективных способов дезинтеграции высокоглинистых песков при открытой разработке россыпных месторождений благородных металлов"

На правах рукописи СЕРЫЙ Руслан Сергеевич/

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ ВЫСОКОГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Специальность 25.00.20 Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 МАЙ 2012

Хабаровск - 2012

005043156

габота выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИГД ДВОРАН)

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Литвинцев Виктор Семенович

Официальные оппоненты: Матвеев Андрей Иннокентьевич,

доктор технических наук, доцент, зав. лабораторией обогащения полезных ископаемых Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск.

Лебухов Владимир Иванович, кандидат технических наук, профессор Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Хабаровский государственной академии экономики и права, г. Хабаровск.

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное уч-

реждение науки Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук, г. Екатеринбург

Защита состоится 30 мая 2012 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 005.009.01 при Институте горного дела ДВО РАН по адресу г. Хабаровск, ул. Дзержинского, 54, конференц-зал. Отзывы на автореферат просьба присылать ученому секретарю диссертационного совета на адрес 680000, г. Хабаровск, ул. Тургенева, 51. Тел./факс (4212) 32-79-27, E-mail: adm@igd.khv.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института горного дела ДВО РАН Автореферат разослан апреля 2012г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент С.И. Корнеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Снижение объемов россыпной золотодобычи в современный период связано с тем, что мелкозалегающие и легкообогатимые месторождения в основном уже отработаны, и большая часть разрабатываемых в настоящее время месторождений имеют высокое содержание глины в перерабатываемых песках, что относит их к категории труднопромывистых. Однако вовлечение в эксплуатацию месторождений с высоким содержанием глины (глубокозалегающие геогенные, техногенные россыпи и недоработанные целики) является важным направлением пополнения сырьевой базы россыпной золотодобычи.

При этом вопрос поиска эффективных способов дезинтеграции высокоглинистых песков остается открытым. Решение проблемы возможно на основе создания новых научно обоснованных комплексных методов и технологического оборудования для дезинтеграции глинистых песков, с учетом их гранулометрического и вещественного состава, и физико-механических свойств песков, их влажности. Это позволит, не меняя технологию добычи песков и подготовки их к обогащению, осуществлять переработку песков и эфелей в едином технологическом процессе, повысить степень извлечения золота на промприборах.

Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований, представленные в диссертационной работе, позволяют утверждать, что автором научно обоснованы решения крупных технических и технологических задач, имеющих важное значение для развития россыпной золотодобычи России.

Диссертация выполнена в соответствии с госбюджетными темами Института горного дела Дальневосточного отделения РАН: «Развитие теории и технологии эффективного и экологически безопасного освоения техногенных россыпных месторождений цветных и благородных металлов» (ГР № 01.2.00613509), «Разработка научных основ создания высокоэффективных геотехнологий освоения месторождений твердых полезных ископаемых Дальневосточного региона России» (ГР № 01200953152), проектом РФФИ № 09-05-98583 «Закономерности комплексного влияния физических воздействий на эффективность дезинтеграции глинистых песков россыпей», конкурсным проектом ДВО РАН «Анализ проблемы дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей и обоснование комплексного подхода к её решению».

Цель работы состоит в научном обосновании и совершенствовании способов дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей природных и техногенных месторождений благородных металлов на основе процессов физического воздействия, повышающих экономическую эффективность и экологическую безопасность освоения минеральных ресурсов.

Идея работы заключается в том, что повышение технологической, экономической эффективности и экологической безопасности горных работ достигается за счет включения в единый технологический процесс добычи и переработки высокоглинистых песков россыпей и эфелей рациональных способов их дезинтеграции.

Объект исследования: природные и техногенные россыпные месторождения благородных металлов, содержащие большой процент глинистых включений в перерабатываемых песках.

Предмет исследования: процессы и средства дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ современного состояния освоения природных и техногенных россыпных месторождений и их ресурсной базы.

2. Разработать методики экспериментальных работ по исследованию влияния различных физических воздействий на эффективность процессов дезинтеграции высокоглинистых песков.

3. Выполнить лабораторные экспериментальные исследования влияния физических воздействий, независимо друг от друга и в комплексе, на эффективность процессов дезинтеграции глинистых окатышей.

4. Обосновать параметры процесса гидромеханических и электроимпульсных способов дезинтеграции.

Методы исследований: анализ литературных источников, патентных материалов, результатов эксплуатации ряда россыпных месторождений, минералогического состава высокоглинистых песков; исследования физико-механических свойств глинистых конгломератов, экспериментальные исследования гидромеханических, ультразвуковых и разрядно-импульсных воздействий на глинистые фракции; анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований с применением методов их статистической обработки.

Защищаемые научные положения:

1. Эффективность дезинтеграции высокоглинистых песков россыпных месторождений гидромеханическим способом в спиральном дезинтеграторе-концентраторе определяется главным образом продолжительностью процесса, заданного скоростью вращения шнека, влажностью и содержанием глинистых фракций. Уменьшение содержания глины в окатышах в полтора раза, при их постоянной влажности, увеличивает вдвое эффективность дезинтеграции за единицу времени (1 мин.); при этом повышение влажности песков на Ъ—А % при первоначальном содержании глины дает тот же эффект.

2. Дезинтеграция глинистых конгломератов при ультразвуковом воздействии возникает по принципу послойной диспергации при интенсивности излучателя более 2 Вт/см2, что предопределяет область использования ультразвука как инициатора микроразрушений на поверхности фракций размером более 1-2 см.

3. Достижение высокой степени дезинтеграции труднопромывистых песков россыпей на разработанном многофункциональном спиральном дезинтеграторе-концентраторе обеспечивается комплексным разрядноимпульсным и гидромеханическим воздействием. Наибольшая эффективность дезинтеграции высокоглинистых песков достигается применением разрядников коаксиально-конической формы.

Научная новизна работы:

1. Разработаны методики экспериментальных исследований дезинтеграции высокоглинистых песков россыпных месторождений различными воздействиями.

2. Установлена степень влияния гидромеханического воздействия на эффективность разрушения глинистых песков при различной их влажности и продолжительности процесса.

3. Определены факторы, влияющие на эффективность послойной диспергации глин воздействием ультразвуковых волн, обоснована область применения данного метода с учетом скорости и энергоемкости процесса диспергации.

4. Выявлены закономерности комплексного влияния гидромеханических и элек-

троимпульсных воздействий на эффективность процесса дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей при различных значениях их влажности и продолжительности процесса.

5. Обоснованы эффективные параметры технологии разрушения глин на основе многофункционального спирального дезинтегратора-концентратора с блоком электроимпульсной дезинтеграции.

Достоверность научных положений выводов и рекомендаций обеспечивается использованием современных методов исследований и обработки экспериментальных данных, представительным объемом экспериментальных работ, высокой сходимостью их результатов с расчетами по установленным уравнениям регрессии.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты способствуют повышению эффективности решения проблемы освоения высокоглинистых месторождений на основе:

- возможности использования для разработки открытым способом стандартного промприбора ПГШ с дополнительной хвостовой приставкой - спиральным дезинтегратором-концентратором с блоком элеюроимпульсной дезинтеграции, существенно повышающей технико-экономические показатели извлечения ценных компонентов;

- снижения удельных энергетических, трудовых и материальных затрат при освоении природных, техногенных россыпных месторождений достигается за счет включения в единый технологический процесс оборудования, исключающего необходимость повторной промывки эфелей;

- снижение техногенного воздействия на природную среду за счет уменьшения площади отчуждаемых земель под размещение эфельных хвостов при неэффективной дезинтеграции песков на шлюзовых промприборах.

Личный вклад автора:

- сформулированы цели, задачи и методы исследований;

- выполнен обзор, анализ и обобщение литературных и патентных источников, производственных показателей разработки россыпных месторождений с использованием шлюзовых промывочных приборов типа ПГШ;

- созданы лабораторная многофункциональная установка спирального дезинтегратора-концентратора (получен патент РФ) и стенд для экспериментальных исследований электроимпульсной дезинтеграции глинистых песков;

- разработаны методики и выполнены экспериментальные работы по оценки качества дезинтеграции при различных (гидромеханических, электроимпульсных и ультразвуковых) методах воздействия;

- установлены закономерности влияния гидромеханического воздействия на эффективность разрушения глинистых песков при различной их влажности и продолжительности процесса;

- выявлены факторы, влияющие на эффективность послойной диспергации глин воздействием ультразвуковых волн, обоснована область применения данного метода с учетом скорости и энергоемкости процесса диспергации;

- установлены зависимости комплексного влияния гидромеханических и электроимпульсных воздействий на эффективность процесса дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей при различных значениях их влажности и продолжительности процесса;

- обоснованы эффективные параметры технологии разрушения глин многофункциональным спиральным дезинтегратором-концентратором с блоком электроимпульсной дезинтеграции.

Реализация результатов работы. Основные результаты выполненных автором исследований представлены и приняты к внедрению на россыпных месторождениях «ООО Рос-ДВ», Хабаровский край.

Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы диссертации докладывались и получили положительные оценки на: Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов в Вологодском Государственном техническом университете г. Вологда 2006 г.; I Международной научной конференции «Проблемы комплексного освоения георесурсов», г. Хабаровск, 2007 г.; IX краевом конкурсе-конференции молодых ученых, г. Хабаровск, 2007 г., конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Геологические и технологические проблемы рационального освоения месторождений полезных ископаемых», 2007 г. ИГД ДВО РАН (г. Хабаровск).; XI краевой конкурс-конференция молодых ученых, г. Хабаровск, 2009 г.; III Международной научной конференции «Проблемы комплексного освоения георесурсов», 2009; XIV Международном совещании по геологии россыпей и месторождений кор выветривания (РКВ-2010), Новосибирск, 2010, «Второй региональной конференции Майнекс Дальний Восток», 2010; IV Всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых «Проблёмы комплексного освоения георесурсов», Хабаровск, 2011г.

Публикации по материалам диссертации: опубликовано 6 статей, в том числе 3 статьи в журналах, включенных в перечень ВАК, получен 1 патент.

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 67 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 112 страницах машинописного текста, включая 32 таблицы и 33 рисунка.

Автор выражает свою глубокую признательность за научное и методическое руководство, квалифицированную помощь кандидату технических наук В.В. Нечаеву, доктору технических наук B.C. Литвинцеву. Автор благодарен за тесное сотрудничество и помощь сотрудникам лаборатории проблем освоения россыпных месторождений П.П. Сас, B.C. Алексееву, Н.И. Долговой. Особая признательность и благодарность всем соавторам научных публикаций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В 1 главе дана оценка ресурсного потенциала добычи золота из россыпных месторождений, проанализированы основные способы отработки россыпей в Дальневосточном регионе, особенности существующих технологий и способов подготовки и дезинтеграции высокоглинистых песков россыпных месторождений.

В основном для большинства прогнозных и оставшихся на балансе россыпных месторождений характерна высокая трудоемкость их разработки, связанная со значительным содержанием глинистых частиц в золотосодержащих песках, большой глубиной залегания продуктивных пластов и преобладанием мелкого и тонкого золота. Эти особенности обуславливают сложность освоения таких месторождений, которая состоит в необходимости переработки повышенных объе-

мов горной массы и решении вопроса дезинтеграции глинистых песков для эффективного извлечения золота. В настоящее время увеличение минерально-сырьевой базы россыпной золотодобычи благородных металлов возможно только за счет вовлечения в эксплуатацию труднообогатимых высокоглинистых россыпных месторождений, как природных, так и техногенных.

К основным причинам снижения россыпной золотодобычи можно отнести:

- большинство мелко залегающих и легкодоступных месторождений уже отработанно;

- резкое снижение проводимых геологоразведочных работ;

- большинство разрабатываемых и оставшихся на балансе месторождений имеют сложные горно-геологические условия отработки, содержат в добываемых песках мелкое и тонкое золото и большое содержание глинистых частиц.

Анализ распределения запасов и добычи россыпного золота по различным регионам России показывает, что в последние годы основными территориями добычи и воспроизводства золота, в том числе техногенного, являются Якутия, Красноярский, Хабаровский края, Иркутская, Магаданская, Амурская области, Чукотский автономный округ.

Несмотря на то, что количество разрабатываемых россыпных месторождений золота велико, но тенденция снижения объема, добываемого металла из россыпных месторождений, сохраняется. Запасы многих эксплуатируемых россыпей существенно истощены, и большинство месторождений находятся в районах с мало развитой инфраструктурой, что повышает себестоимость добычи.

Таким образом, исследование вопросов дезинтеграции высокоглинистых песков становится важным научным направлением для повышения извлечения металла при освоении труднопромывистых и высокоглинистых месторождений.

Решение проблемы требует не только создания более эффективных аппаратов для дезинтеграции глинистых песков, но и объективного анализа их физико-механических свойств, вещественного состава.

Наряду с подводным (дражным) способом на Дальнем Востоке широко применяется открытый раздельный способ разработки россыпных месторождений золота. Основным промывочным прибором, применяемым на разработке россыпей открытым способом, является промприбор ПГШ-И-50. Данный тип промывочных приборов зарекомендовал себя простым, в эксплуатации, надежным и производительным, но он имеет ряд существенных недостатков, потери золота при обогащении высокоглинистых россыпей могут достигать 50 %.

Анализ существующих способов дезинтеграции песков россыпных месторождений показывает, что использование традиционных способов не позволяет в полном объеме решить проблему эффективной переработки высокоглинистых россыпей.

Требуются новые идеи применения нетрадиционных методов решения проблемы дезинтеграции песков, полноты и качества извлечения всех ценных компонентов, необходимо серьезное научное обоснование новых методов качественной дезинтеграции высоко глинистых песков.

Исследования по оценке изменения физико-механических свойств высокоглинистых песков под воздействием проморозки и оттайки проводились Курилко A.C., По-номарчуком Г.П.

Результаты исследований, проводимые в данном направлении показывают, что если сравнивать образцы с одинаковой пористостью, то значение коэффициента фильтрации после замораживания-оттаивания возрастает на 2-3 порядка. Для глин с примесями песка коэффициент фильтрации возрастает с 10"9 м/с до 10"6-10"7 м/с.

Решению проблем дезинтеграции глинистых песков посвящено много научных работ. Совершенствованием аппаратов и поиск путей, направленных на повышение качества дезинтеграции высокоглинистых песков россыпных месторождений, проводили В. В. Троицкий, Л. П. Мацуев, Т. В. Тумольская, В. Г. Пятаков, В. П. Мязин, А. Ю. Бейлин и т.д.

В последнее время исследователей всё более привлекает способ гидроимпульсного разрушения глинистых пород. Способ воздействия на различные материалы гидровзрывом известен достаточно давно, этим вопросом занимались такие ученые, как Л.А. Ют-кин, H.A. Рой, А.Г. Гулый, В.А. Поздеев, К.А. Наугольных, Г.А. Финкельпггейн. Однако только сравнительно недавно стали предприниматься попытки исследовать его возможность для разрушения глинистых пород. В работах В.В. Коростовенко, A.B. Галайко подтверждена принципиальная возможность разупрочнения глинистых пород с помощью высокоэнергетических гидроударных воздействий, создаваемых электродуговым разрядом в жидкостях. Предложена технологическая схема подготовки песков с предварительным разупрочнением глинистых конгломератов непосредственно в бункере гидровашгерда. Однако авторами не исследовалась результативность метода при различных параметрах импульсных воздействий. Известно, что ударные волны, создаваемые за счёт электрических разрядов в жидкости, обладают большой разрушающей способностью, и это является достаточным основанием для более тщательного изучения этого метода.

В результате анализа и оценки существующих способов и средств подготовки песков к промывке установлены наиболее перспективные способы воздействия на высокоглинистые пески для достижения высокого качества дезинтеграции и определены пути их дальнейшего совершенствования

Во 2 главе обоснованно 1 научное защищаемое положение.

Глинистая составляющая входит в состав связующего материала песков большинства россыпных месторождений. В связи с этим выбор методов подготовки песков к обогащению будет в значительной степени определяться физико-механическими свойствами связующих компонентов, их объемом, влажностью, типом глин, химическим составом слагающих минералов.

Даже небольшое содержание глинистых минералов в горной породе существенным образом влияет на многие ее важнейшие свойства, такие, как гидрофильность, прочность, водопроницаемость, пластичность, набухание и т. д.

Среди глинистых пород преобладающим глинистым минералом чаще всего являются гидрослюда, монтмориллонит и каолинит. К основным физико-механическим характеристикам перерабатываемых песков можно отнести: механическую прочность (временное сопротивление разрушению); влажность, пластичность связующих материалов, гранулометрическую характеристику перерабатываемого сырья, коэффициент промывистости.

Дезинтеграция высокоглинистых песков на промприборах с гидровашгердным размывом пород осуществляется, в основном, за счет кинетической энергии струи

гидромонитора. Размер образующихся в результате данного воздействия глинистых конгломератов соответствует размеру перфорации гидровашгерда и составляет от нескольких миллиметров до 80-120 мм, что является причиной больших потерь металла для промывочных приборах.

При этом нужно учитывать, что удельный расход энергии на дезинтеграцию минерального сырья и на диспергирование отдельных фракций может колебаться в большом диапазоне и зависит от того, что энергоемкость любого технологического процесса определяется не только физико-механическими свойствами перерабатываемого сырья, но и режимом его выполнения и уровнем технического совершенства применяемого оборудования.

Оценка потерь металла на шлюзовых промприборах при отработке россыпных месторождений позволяет выделить несколько основных причин, связанных с промывкой высокоглинистых песков:

а) плохая дезинтеграция, (потери прямо пропорциональны отношению не размытой глины к объему промытых песков на промприборе);

б) налипание частиц золота на глинистые окатыши в процессе их прохождения по шлюзам глубокого наполнения;

в) накопление в воде большого количества тонких взвесей, тем самым скорость осаждения золота снижается;

г) накопление тонких илисто-глинистых фракций в процессе работы прибора на трафаретах шлюзов глубокого и мелкого наполнения.

Исследование вещественного состава высокоглинистых песков россыпных месторождений показывает, что из перечисленных выше факторов потери золота с не размытыми глинистыми окатышами, содержание золота в которых примерно соответствует содержанию в исходных песках, могут достигать 30-40 % от извлекаемого металла.

По данным опробования эфельных хвостов золотодобывающих предприятий содержание золота в глинистых окатышах из-за механического захвата может возрастать с 0,4 до 10 г/м3, в среднем составляя около 3 г/м3. В результате возрастают общие потери металла, и отработка таких месторождений может становиться не рентабельной.

Выполненными-экспериментальными работами определен процент увеличения песчаной фракции на поверхности окатышей, прошедших по шлюзам глубокого наполнения. Оценка производилась по содержанию металла на поверхности окатыша и внутри его, для этого они разделялись на две половины, выполнялся ситовой анализ образцов и определялось содержание частиц гравитационного золота внутри и на поверхности.

На рисунке 1 показано изменение ситовых характеристик глинистых окатышей внутри и на их поверхности при среднем диаметре 70 мм.

На диаграмме наглядно видно, что при среднем размере глинистых окатышей 70 мм, попадающих в не размытом состоянии на шлюзовые приборы, наблюдается увеличение песчаной фракции на их поверхности (эффект налипания). Так увеличение песчаной фракции +0,5 мм на поверхности окатышей при их диаметре 40 мм составляет 4 %, а для окатышей диаметром 70 мм уже составляет б %. Тем самым можно сделать вывод, что при увеличении среднего размера окатышей глины эффект налипания увеличивается.

80,0 -г

70,0 -

60,0 -

о X 50,0 -

* а 40,0 --

ч:

о 30,0 -

20,0 -

10,0 --

0,0 --

+2.0 -2.0+1.0 -1.0+0.5 -0.5+0.2 -0.2+0.071 -0.071

1 - Ситовая характеристика глинистых окатышей (внутренний слой) 1 * - Ситовая характеристика глинистых окатышей (наружный слой) Рис. 1. Анализ ситовых характеристик на поверхности глинистого окатыша в сравнении с внутренней его частью для опыта № 1 (Диаметр окатыша 70 мм)

Для косвенной оценки количества захватываемого и теряемого на промприборе металла, по изменению ситовой характеристики окатышей и среднему содержанию золота, в них составим формулу

О — ^гл. окат. х ^песч4>Р- * ^Х \У .

(1)

где Угл_ окат — объем не размытой глины, уходящей в эфельный отвал, м /ч;

^песч^р. ~ коэффициент захвата песчаной фракции окатышами на приборе

(принимаем среднее значение по опытам);

Т - время работы прибора в сутки, ч;

XV - среднее содержание золота на поверхности глинистых окатышей, г/м3.

В результате низкой эффективности дезинтеграции при использовании гидроэлеваторных и землесосных приборов потери, связанные только с захватом золота глинистыми окатышами на шлюзах, могут достигать 5—10 % от извлекаемого металла.

В процессе выполненных экспериментальных исследований на спиральном дезинтеграторе-концентраторе определены зависимости степени дезинтеграции глинистых окатышей от частоты вращения (времени воздействия) шнека и от влажности исследуемого материала, при различных содержаниях глины в исследуемых образцах. Оценка производилась по убыванию массы окатышей различной влажности породы, при этом напор дезинтегрирующих струй во всех опытах составлял 0,3 МПа.

На основе данных экспериментов построены графики, отображающие изменение степени дезинтеграции (Б) от времени воздействия и влажности исследуемого

материала, для образцов с содержанием фракции -0,071 мм - 60 % и 95 % (рис. 2, 3).

1—3 экспериментальные точки при влажности образцов соответственно 21,19и17%. 1* - D(t) = 0,006356 xt2+l,57xt; 2* - D(t) = 0,0025xt2+0,74xt; 3* - D(t) = 0,255t, Коэффициент корреляции изменяется от 0,83 до 0,9. Рис. 2. Зависимость степени дезинтеграции от времени воздействия, при содержании глины 60 % в исследуемых образцах

Коэффициент корреляции изменяется от 0,92 до 0,97. Рис. 3. Зависимость степени дезинтеграции от времени воздействия, при содержании глины 95 % в исследуемых образцах

На графике (рис. 2) построены зависимости степени дезинтеграции от времени воздействия на глинистые окатыши при влажности материала от 17 до 21 %. Для влажности окатышей 17 %, в данном интервале характерна прямолинейная зависи-

мость изменения степени дезинтеграции от времени воздействия. Для влажности 19 и 21 % степень дезинтеграции возрастает, и построенная кривая отображает для данного диапазона измерений полиномиальную зависимость распределения второго порядка, близкую к линейной зависимости. Изменение влажности дезинтегрируемой глины на 3-4 % приводит к изменению степени дезинтеграции в несколько раз.

На графике (рис. 3) приведены зависимости степени дезинтеграции от времени воздействия на глинистые окатыши при влажности материала от 21 до 29 % и содержания глинистых фракций — 95 %.

Для влажности окатышей 21 %, в данном интервале характерна прямолинейная зависимость изменения степени дезинтеграции от времени воздействия. Функция D(t) для влажности 25 %, 29 % отображает в данном интервале полиномиальную зависимость распределения второго порядка.

При проведении опытов средняя степень дезинтеграции составила 65 %.

Лабораторные исследования по определению степени дезинтеграции глинистых окатышей, проводимые на спиральном дезинтеграторе, позволили установить зависимости влияния вещественного состава и влажности исследуемых образцов на время дезинтеграции.

Размываемость глинистых окатышей в лабораторной установке осуществлялась в основном за счет энергии напорных струй воды, действующих в нижней части корпуса. Характер изменения скорости убывания связующего материала во всех случаях носит линейный либо полиномиальный характер.

В начальной стадии размыва мы наблюдаем, изменение массы глинистого окатыша близкое к линейной, далее процесс дезинтеграции немного замедляется. В данном случае в начальной стадии на объект приходится энергия одновременно нескольких струй воды, далее при уменьшении массы и поверхности окатышей уменьшаются количество воздействующих на них струй воды и энергии воздействия. В естественном залегании высокоглинистые пески имеют, как правило, такое значение влажности, при котором их показатели физико-механической прочности наибольшие, а показатели размываемости наименьшие.

Произведена оценка энергоемкости процесса дезинтеграции высокоглинистых окатьпией на спиральном дезинтеграторе, определены основные влияющие факторы, установлены зависимости эффективности дезинтеграции от вещественного состава и влажности пород. Произведена оценка потерь золота на шлюзовых пром-приборах.

В 3 главе произведена оценка ультразвукового и электроимпульсного воздействий на высокоглинистые пески, определены параметры процессов. В данной главе обоснованно 2 и частично 3 научные защищаемые положения.

Основным разрушающим фактором при воздействии ультразвука на глину является кавитация — образование в жидкости пульсирующих пузырьков, заполненных паром, газом и их смесью.

Для проведения экспериментов использовались ультразвуковые установки двух типов. Ультразвуковой генератор УЗГ2-4 (рабочая частота 20 кГц, номинальная выходная электрическая мощность 4 кВт), совместно с ультразвуковой ванной УЗВ-15 (максимальная излучаемая мощность УЗ-колебаний 450 Вт) и лабораторный генератор USD 150В фирмы IMAHASHI (рабочая частота 20 кГц, максимальная мощность на выходе излучателя 50 Вт).

Исследования по оценке степени дезинтеграции в ультразвуковой ванне УЗВ-15 глинистых окатышей, образующихся на промприборах, проводились по следующей методике:

- отобранные образцы взвешивались, измерялись;

- на поверхность излучателя помещали в ванну сито, с размером отверстий 2 мм, а на него укладывались образцы породы, при этом воздействие ультразвука на глинистые конгломераты составляло от 3 до 9 минут;

- после выполнения опытов, оставшиеся на сетке не диспергированные образцы породы, взвешивались и измерялись их размеры.

Учитывая неравномерный характер интенсивности излучения по поверхности излучателя (относительное постоянство интенсивности излучения сохраняется в центре излучателя на площади диаметром около 40-60 мм), испытания окатышей проводили на единичных образцах.

Результаты обработки данных показаны на графике (рис. 4), и отображают полиномиальную зависимость второго порядка, но близкие по форме к линейной зависимости. Коэффициент корреляции составил Ккор— 0,99. Небольшое замедление процесса дисперга-ции связано с накоплением отделенного материала между излучателем и глинистым конгломератами. Установлено, что при влажности породы 23 % в первой серии опытов для диспергации потребовалось порядка 18 минут, а при влажности образцов породы 31 % во второй серии опытов — 10 минут. Это свидетельствует, что наличие в порах воды способствует прохождению волн и повышает диспергацию пород.

Диспоргация, %

Время, мин

Б(1) = -0,172x^+6,95x1. Рис. 4. Зависимость степени диспергации в ультразвуковой ванне УЗВ—15М от времени воздействия при влажности образцов 23 % и содержании глинистой фракции в

породе 55 %

Исследования глинистых окатышей по оценке степени диспергации в ультразвуковом аппарате 1180150В проводились на образцах размером около 2 см, и оценивались во времени и в зависимости от мощности излучения на поверхности излучателя. Установлено, что дезинтеграция образца начинается при интенсивности излу-

чения 2,0-2,5 Вт/см2, что соответствует началу кавитации. В результате обработки, данных, получены аналитические зависимости степени дезинтеграции глинистых окатышей от времени воздействия при содержании глинистой фракции в породе 55 %:

1 — D(t) =6,92 xt (Ккор= 0,98, при интенсивности ультразвука 9 Вт/см2);

2 - D(t) = 5,72*t (Ккор= 0,97, при интенсивности ультразвука 6 Вт/см2);

3 - D(t) = l,716xt (Ккор= 0,91, при интенсивности ультразвука 3 Вт/см2).

Диспергация определялась по степени убывания массы образцов в процентах по

отношению к исходному значению. Излучатель в данной лабораторной установке расположен сверху, что способствует удалению диспергированного материала с поверхности.

В результате проведения экспериментальных работ было определено среднее время диспергации глинистых окатышей высокоглинистых месторождений. Время, необходимое для диспергации глинистых кусков (размером 40-70 мм), составляет, около 15—20 минут. Для обеспечения высокой производительности промывочных приборов необходимо, чтобы время цикла дезинтеграции высокоглинистых песков составляло не более 2-3 минут.

Установлено, что после воздействия ультразвука на глинистые окатыши, на его поверхности образуются каверны и микротрещины, как правило, из-за неоднородности структуры глины. При последующем воздействии на данные образцы электрогидравлических ударов эффективность их разрушения повышается.

Разрядно-импульсные технологии в настоящее время применяются в различных отраслях промышленности, в том числе и в горном деле, в частности для разрушения поликристаллических материалов, однако применительно к задачам дезинтеграции высокоглинистых песков известно ограниченное число работ, при этом оценка экономической эффективности метода не находит в них должного отражения. Показано, в частности, что при определенных положительных качествах этого способа, удельный расход потребляемой энергии находится приблизительно на одном уровне с механическими системами дезинтеграции. Сравнительный анализ проводится при использовании одноэлектродной разрядной камеры, имеющей сравнительно низкий кпд. Принимая во внимание, что рассматриваемые задачи не идентичны по своему характеру и корректный сопоставительный анализ энергопотребления затруднителен, можно, тем не менее, сделать качественный вывод, что при оптимизации раз-рядно-импульсного процесса дезинтеграции глинистого сырья можно рассчитывать на определенную экономическую эффективность ЭГД-метода в сравнении с механическими системами.

Каждый вид пробоя жидкости характеризуется своими закономерностями, отражающимися в итоге на кпд процесса преобразования электрической энергии в механическую энергию гидроудара. Наиболее экономичным является стримерный пробой, имеющий место при достаточно высоких напряжениях (50-60 кВ и выше). Для рассматриваемой в диссертации задачи применение таких напряжений не приемлемо, по соображениям электробезопасности и сложности электроустановок. Реально могут быть использованы только относительно низковольтные разряды (до 10 кВ).

При таких низких напряжениях пробой межэлектродного промежутка происходит по газовому мостику, образующемуся в результате разогревания и испарения

воды током проводимости. Этот процесс достаточно энергоемкий, на который может расходоваться до 30 % энергии конденсатора. Для снижения энергоемкости процесса использовали разрядники специальной конфигурации, чтобы канал, образовавшийся после пробоя сравнительно малого межэлектродного промежутка (-3 мм), мог в процессе разряда удлиниться (до 15-20 мм), что в итоге снижает потери энергии на предразрядной стадии. На рис. 5 представлена схема лабораторной установки.

1 — регулировочный автотрансформатор; 2 - высоковольтный трансформатор; 3 — выпрямитель; 4 — дроссель; 5 — накопительный конденсатор; б — вакуумный контактор; 7 - тяговое реле контакта; 8 - источник питания тягового реле;

9 — кнопка включения электрогидроразрядника; 10 — технологическая камера; 11 - электроразрядник; 12 - гидрофон; 13 — токовый шунт; 14 - двухканальный запоминающий осциллограф; 15 — киловольтметр; 16 — встроенный вольтметр переменного тока установки АИС—70 (шкала отградуирована в кВ).

Рис. 5. Схема лабораторной установки для возбуждения ЭГД ударных волн

Испытание дезинтеграции глинистых окатышей проводилось в цилиндрической камере. Были предусмотрены технологические отверстия для загрузки испытуемых окатышей и извлечения конечного продукта дезинтеграции. Использовалась высоковольтная электроустановка с импульсными конденсаторами двух типов: (1 вариант) ИМ5-140 (140мкФ, 5 кВ) и (2 вариант) - К1ТИМ-1 (24 мкФ, 10 кВ). Лучшие результаты получены с использованием напряжения около 10 кВ (использовался конденсатор КЛИМ—1), при котором обеспечивается более устойчивая работа устройства. Результаты испытаний показаны в табл. 1.

Данные 1-го варианта таблицы 1 соответствуют одноэлектродной схеме разрядника типа штырь-диск. На штыревой электрод подавалось положительное напряжение, а диск заземлялся и выполнял функции отрицательного электрода.

Данные 2-го варианта таблицы 1 соответствуют разряднику с коаксиально-конической геометрией. Положительное напряжение подавалось на центральный электрод-стержень, корпус разрядника заземлялся.

После каждого испытания камера открывалась, и проводился анализ результатов дезинтеграции глинистых материалов.

Из сопоставления вариантов данных табл. 1видно, что использование разрядников с коаксиально-конической геометрией и генерирующих высокоскоростных жидкостных струй, дает более качественные результаты, чем стандартные одноэлек-тродные системы при практически одинаковых энергозатратах. Эти устройства более безопасны, так как применяется более низкое напряжение.

АИС-70

Таблица 1

Сопоставления эффективности работы при различных исполнениях

разрядников

Тип высоковольтной электроустановки Средний диаметр глинистых окатышей, мм Количество образцов, подвергнутых испытанию, шт. Среднее количество фрагментов, образующихся при разрушении одного образца, шт. Количество электроразрядов за одно испытание, шт.

Вариант 1. ИМ5-140 (140 мкФ, 5 кВ) 65-90 12 3-4 8-12

Вариант 2. КПИМ-1 (24 мкФ, 10 кВ) 70-100 16 10-12 4-5

Постановочные эксперименты по разрушению окатышей, предварительно облученных ультразвуком, показали, что разрядно-импульсная технология в целом работает эффективно, причём положительный результат достигнут в установке, имеющей достаточно низкий электроакустический КПД. Этот показатель определяется как отношение энергии импульса давления, создаваемого каналом разряда, к энергии, запасённой в накопительном конденсаторе и характеризует энергоёмкость процесса дезинтеграции в целом. Энергия, запасённая в конденсаторе, представлена формулой

^^ (2)

где С — емкость конденсатора;

и — рабочее напряжение.

Импульс волны сжатия может иметь разную форму, зависящую от параметров разрядного процесса и конструкции разрядника. Как правило, импульс давления имеет униполярную форму, характеризующуюся передним фронтом, средней частью и задним фронтом с различной степенью осцилляций. Полная энергия импульса (в эксперименте она имеют полусферическую форму) находится как сумма составляющих, приходящихся на передний фронт, среднюю часть и задний фронт, т.е.

+ + (3)

¡=1 Р<=4 3 3 У

где — площадь 1-й зоны;

рс — волновое сопротивление воды;

Дйь Ди2, Ди3 - соответственно длительности переднего фронта, средней части и заднего фронта ¡-й зоны;

Р — давление в волне сжатия, определяемое приблизительно по формулам 4 или 5.

Р » Ю-4 — , (4)

г II Ь

где Ц) — напряжение конденсатора;

г — расстояние от центра разрядника до объекта воздействия; 1р - разрядный промежуток; Ь - индуктивность разрядного контура. Горовенко Г.Г. считает более точным следующее эмпирическое выражение

Р =

2,1

(5)

где Ц) — напряжение конденсатора;

г - расстояние от центра разрядника до объекта воздействия;

1Р — разрядный промежуток;

1 - индуктивность разрядного контура.

Форма кривой импульса давления находилась путём осциллографирования на 2-хканальном запоминающем осциллографе С8-17 с использованием аттестованного приёмного гидрофона ГИ-12, по которой и определяется величина Р. Одновременно с помощью коаксиального шунта измерялась форма разрядного тока. Экспериментально полученные кривые показаны на рис. 6.

кА

о 20 <.0 60 80 100

1 п

гт [ у /

/\ 1 1 / \

I / 1 / 1 X \ / \ /

1 1 -14 1 V'

\ /

Ю" Па

5.0 «..О 3.0 2.0 1.0 О

20 <.0 60 80 100

---РаэряЭный ток.

-ЗЬукоЬое Зайление

120

Рис. 6. Осциллограмма рассматриваемых параметров разрядного процесса

Средние значения амплитудных значений тока (при разрядном напряжении конденсатора 12 кВ) составляют порядка 90 кА и давление ударной волны 6,5 х105 Па. Расчет экспериментально полученной кривой импульса давления показывает, что при данной конструкции разрядного устройства полный электроакустический КПД процесса составляет около 5 %.

При использовании разрядника с коаксиально-конической геометрией КПД существенно повышается за счет снижения расходуемой энергии на предпр обойную стадию и направленного воздействия ударной волны на объект.

Повышение эффективности дезинтеграции достигается не только за счет увеличения энергии импульса, но и при использовании форм разрядника (коаксиально-конической формы) позволяющие производить направленную ударную волну, с небольшим телесным углом распространения.

В 4 главе предложена технология переработки песков и эфелей россыпных месторождений с выделением ценных компонентов из дезинтегрированных глинистых окатышей хвостов. Произведена оценка эффективности применения на россыпном месторождении технологического комплекса с электроимпульсным и гидромеханическим воздействием. Выполнена технико-экономическая оценка основных процессов подготовки, дезинтеграции и обогащения высокоглинистых песков. В данной главе реализовано 3 научное положение.

В результате анализа существующих технологий подготовки высокоглинистых пород к обогащению предложена принципиально новая установка по дезинтеграции высокоглинистых песков россыпных месторождений гидромеханическим способом в комплексе с электроимпульсным воздействием.

Исследования различных физических воздействий (ультразвук, электроимпульсная дезинтеграция, гидромеханическая дезинтеграция) позволили определить рациональные области их применения, однако ни одно из них не решает полностью проблему, необходимо комплексное решение данного вопроса.

Расчет параметров технологии разрядно-импульсной дезинтеграции с последующим размывом глинистых окатышей выполнен на основе горно-геологических данных месторождения «Колчан».

Содержание глинистой фракции (-0,005 мм) по результатам ситового и седиментационного анализа изменяется от 36 до 93 % и в среднем составляет около 60 %.

Существующая схема подготовки и обогащения высокоглинистых песков с использованием землесоса с пульпопроводом длиной около 300 метров, реализованная на месторождении р. Колчан, позволила добиться степени дезинтеграции песков в пределах до 60 %, при этом извлечение не превышало 50-60 % .

При среднем содержании золота в песках около 400 мг/м3 и его извлечении в пределах 50-60 % уровень рентабельности отработки месторождения оставался очень низким. Так как использование землесоса существенно повышает энергоемкость переработки песков, а онвдаемого результата не дает, то необходимо применение комплексного воздействия на высокоглинистые пески, что позволит отказаться от использования землесоса. Использование менее энергоемкой схемы отработки песков (элеваторную подачу) с комплексом дезинтеграции позволит существенно снизить энергоемкость и повысить извлечение металла.

Дадим оценку энергоемкости затрат при переработке песков россыпей на шлюзовых промприборах с предлагаемой в диссертационной работе многофункциональным технологическим комплексом.

Решения проблемы дезинтеграции высокоглинистых песков многими авторами были основаны на создании дезинтегрирующих устройств, использующих, как правило, один вид энергии, при этом в технологических схемах дезинтегрирующие аппараты устанавливались перед обогатительным оборудованием, в этом случае энергоемкость рассчитывается по формуле

Е = Е подг. Е дсзнн. + Е „бог., (6)

где Е подг — энергия, затрачиваемая на подготовку песков к обогащению: рыхление и окучивание песков;

Е дез„„. - энергия, затрачиваемая на дезинтеграцию высокоглинистых песков;

Е обог. ~ энергия, затрачиваемая на обогащение.

Существенным снижением энергоемкости процесса дезинтеграции высокоглинистых песков, по мнению автора работы, можно достичь, устанавливая дезинтегрирующие устройства не перед шлюзовыми приборами, а в хвостовой части прибора. Это позволит не производить дезинтеграцию всего материала, поступающего на прибор, а только его часть, которая не подверглась первичному разрушению.

Энергоемкость процесса в данном случае будет представлена следующим выражением

где Е „одр - энергия, затрачиваемая на подготовку песков к обогащению: рыхление и окучивание песков;

Е обог. ~ энергия, затрачиваемая на обогащение;

Е дез л н. ~ энергия, затрачиваемая на дезинтеграцию высокоглинистых песков с использованием спирального дезинтегратора (электроимпульсная и гидромеханическая дезинтеграция высокоглинистых песков);

к - коэффициент дезинтеграции (отношение объема подаваемых песков на дезинтеграцию к объему песков поступающего на первичное обогащение).

Для снижения объема поступающего со шлюзов гравия и галечника из процесса дезинтеграции глинистых окатышей предложена схема, позволяющая частично убрать эти крупные включения. Данная схема реализуется следующим образом:

- пульпа, проходя по шлюзам глубокого наполнения, поступает на наклонное сито (угол 15-25°), где происходит полное обезвоживание;

- в конце наклонного сита устанавливается виброплита, которая за счет различных свойств упругости глинистых окатышей, гальки и щебня, производит их разделение, при этом отбрасываются крупные камни в специальный бункер.

Конструкция бункера-обезвоживателя представлена на рис. 7.

1 - хвостовая часть промприбора Ш'Ш-50, 2 - бункер с просеивающей поверхностью 3-5 мм для обезвоживания хвостов промприбора, 3 — виброплита, 4—лоток для сброса отброшенных галечниковых включений, 5 - блок электроимпульсной дезинтеграции, 6 - патрубок для вывода подрешетной воды, 7 - приемный бункер спирального

дезинтегратора.

Рис. 7. Схема обезвоживания г. ульпы с последующим ее разделением Для месторождения р. Колчан коэффициент дезинтеграции на гидровашгерде и промприборе составляет в среднем 0,4-0,6, это около половины от первоначального объема песков. Схема установки, с комбинированным электроимпульсным и гидромеханическим воздействием, представлена на рис. 8.

Е — Е подг, + Е обог. + (Е

дезин

Хк),

(7)

I 1

т № ш -1

Г\

' \ 11

1 - рама, 2 - приемный бункер обезвоживатель, 3 - шнек, 4 - редуктор с двигателем, 5 - поддон для приема выделенной фракции -4 мм, б - лоток для приема хвостов, 7

- система управлении процессом электроимпульсной дезинтеграции, 8 - камера электроразрядной дезинтеграции, 9 - вывод фракции -4 мм для дальнейшего обогащения, 10 — слив воды, 11 - система напорной подачи воды.

Рис. 8. Схема спирального дезинтегратора с блоком электроимпульсного разрушения высокоглинистых песков

Данная установка монтируется в хвостовой части промприбора ПГШ-50.

Обезвоженные глинистые окатыши размером до 80 мм поступают в разрядную камеру 8 и под действием мощных электроимпульсных разрядов разрушаются на отдельные фрагменты, образуя отдельные куски, не превышающие размера 10-20 мм. Предварительно разрушенная глина поступает в приемный бункер спирального дезинтегратора, где под действием истирающих сил и напорных струй воды остатки глинистых конгломератов размываются. В нижней части корпуса 5 спирального дезинтегратора материал разделяется на два продукта, фракция +4 мм, перемещаясь шнеком, поступает в отвал, а -4 мм просеивается и поступает на обогащение, для улавливания потерянного золота.

Технологическая схема подготовки и обогащения с использованием спирального дезинтегратора позволит отказаться от повторного обогащения эфельных хвостов и доизвлекать потерянное золото с промприбора.

Оценка экономической эффективное™ разработки высокоглинистого россыпного месторождения р. Колчан произведена по трем вариантам. Они включают использование землесосной и гидроэлеваторной подачи песков с обогащением на

промприборе ПГШ, а также с применением технологи™ электроимпульсной и гидромеханической дезинтеграции глинистых окатышей в едином технологическом процессе с промприбором ПГШ, при элеваторной подаче песков.

Расчет энергоемкости подготовки песков к обогащению и затраты по обогащению на промприборе произведены для месторождения р. Колчан по трем вариантам. Базовым вариантом отработки месторождения является применяемая технологическая схема с применением землесоса «'\Уагтап 10-12 Св» и промприбора ПГШ-50.

В табл. 2 представлена сумма основных затрат по видам работ (подготовка, дезинтеграция и обогащение песков) и себестоимости одного грамма золота для землесосной и гидроэлеваторной подачи песков.

Таблица 2

Технико-экономические показатели добычи пр ч разработке высокоглинистого месторождения руч. Колчан

Наименование показателей Землесосная подача Гидроэлеваторная подача Гидроэлеваторная подача со спиральным дезинтегратором

Потери металла с недезентегрирован-ной глиной, % 40,0 50,0 15,0

Объем промывки песков, тыс. м3 208,0 176,0 176

Объем добычи золота с учетом потерь металла, кг 49,9 35,2 59,8

Сумма затрат на подготовительные работы, тыс. руб. 2380,0 2380,0 2380,0

Сумма затрат на вскрышные работы, тыс. руб. 7720,0 7720,0 7720,0

Сумма затрат на дезинтеграцию и обогащение песков, тыс. руб. 38540,6 22825,4 27515,7

Сумма затрат на рекультивацию, тыс. руб. 1750,0 1750,0 1750,0

Полная себестоимость, тыс. руб. 68833,9 47502,6 53842,5

Прибыль производственная, тыс. руб. 11038,1 8817,4 41867,7

Себестоимость добычи 1 г золота, руб./г 1378,9 1349,5 900,1

Для предлагаемой технологии (3 колонка) элеваторного способа подачи песков на промприбор ПГШ—50 совместно с электроимпульсной и гидромеханической дезинтеграцией на основе спирального дезинтегратора-концентратора потери металла с промприбора ПГШ не превысят 15 %, а себестоимость одного грамма золота составит примерно 900 руб./гр.

Укрупненный экономический расчет основных затрат, связанных с ведением добычных и вскрышных работ, показывает, что включение в единый технологический процесс спирального дезинтегратора-концентратора с блоком электроимпульсной дезинтеграции позволит без существенных капиталовложений произво-

дить эффективное доизвлечение потерянного металла. При реализации данной технологической схемы увеличение чистой прибыли после уплаты налогов составит 24 млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена важная научно-техническая задача создания эффективной комплексной технологии дезинтеграции высокоглинистых золотосодержащих песков россыпных месторождений, повышающая экономическую и экологическую безопасность освоения минеральных ресурсов.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований состоят в следующем:

1. Выполнен обзор существующих способов и технологий разработки высокоглинистых россыпных месторождений благородных металлов, выявлены основные факторы, влияющие на эффективность дезинтеграции при их использовании.

2. Разработаны методики и выполнены экспериментальные работы по оценке качества дезинтеграции при различные методах воздействия: гидромеханическом, электроимпульсном и ультразвуковом.

3. Произведена оценка потерь золота с промприбора связанная с эффектом налипания частиц металла на поверхность глинистых окатышей, установлено, что содержание золота на их поверхности может возрастать до 10 г/м3, что существенно повышает общие потери.

4. На основе разработанной экспериментальной установки спирального дезинтегратора-концентратора установлена зависимость степени дезинтеграции высокоглинистых песков россыпных месторождений гидромеханическим способом от продолжительности процесса дезинтеграции и влажности глинистых песков.

5. Определены особенности ультразвукового воздействия на высокоглинистые пески россыпных месторождений, установлены зависимости степени диспергации глинистых пород ультразвуком от продолжительности воздействия, интенсивности ультразвука. Выявлены факторы, влияющие на эффективность послойной диспергации глин воздействием ультразвуковых волн, обоснована область применения данного метода.

6. Экспериментально исследован и обоснован механизм разрушения высокоглинистых окатышей песков россыпей при разрядно-импульсном воздействии. Установлен эффект разрушения глинистых окатышей на отдельные фрагменты, что существенным образом отличается от ультразвукового и гидромеханического способов дезинтеграции.

7. Установлена наиболее эффективная степень дезинтеграции высокоглинистых песков путем комплексного воздействия электроимпульсного способа и гидромеханического размывам глинистых пород при различных значениях их влажности и продолжительности процесса. Первичное разрушение глинистых окатышей на отдельные фрагменты размером 10-20 мм происходит в результате разрядно-импульсного воздействия, а дальнейшая дезинтеграция песков осуществляется в спиральном дезинтеграторе-концентраторе при сочетании механического истирания и напорных струй воды, с выделением концентрата.

8. Разработана технология переработки высокоглинистых песков россыпей с использованием стандартного промприбора Ш Ш—50 совместно с многофункциональ-

ным спиральным дезинтегратором-концентратором. Эффективность разработанной технологии позволяет без существенных затрат на дополнительное оборудование снизить потери металла на 30-40 %, и тем самым повысить рентабельность отработки всего месторождения на 40-60 %, улучшить экологическое состояние природной среды. Основные результаты исследований приняты к внедрению на россыпных месторождениях предприятий Хабаровского края.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Серый P.C. О необходимости комплексного подхода к решению вопроса дезинтеграции труднопромывистых песков россыпей / P.C. Серый, В. В. Нечаев // Горный информационно аналитический бюллетень. Отдельный выпуск: Дальний Восток. — 2009. - OB 4. - С. 268-274.

2. Серый P.C. Повышение эффективности разработки высокоглинистых россыпей / P.C. Серый // Маркшейдерия и недропользование. - 2009. — № 6. - С. 51-53.

3. Пат. 2365418 Российская Федерация, RU 2 365 418 С1. Спиральный дезинтегратор / Серый P.C. ; заявитель и патентообладатель Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук. - № 2008117732/03 ; заявл. 04.05.2008 ; опубл. 27.08.2009, Бюл. № 24. -- 6 с. : ил. 1.

4. Серый P.C. Выявление закономерностей влияния комплексных физико-механических процессов на эффективность дезинтеграции глинистых песков россыпей / P.C. Серый // Наука - Хабаровскому Краю : материалы XI краевого конкурса молодых ученых. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2009. - С. 219-226.

5. Нечаев В.В. Исследование особенностей дезинтеграции высокоглинистых песков при ультразвуковом и электроимпульсном воздействиях / В.В. Нечаев, P.C. Серый, Н. П. Хрунина // Горный информационно аналитический бюллетень. - 2010 -№7. С. 101-106.

6. Серый P.C. Исследование дезинтеграции высокоглинистых песков при ультразвуковом и элекроразрядном воздействиях / P.C. Серый, В.В. Нечаев // XIV Международное совещание по геологии россыпей и месторождений кор выветривания (РКВ-2010). - Новосибирск, 2010. С. 619-623.

7. Серый P.C. Исследование процессов дезинтеграции высокоглинистых песков россыпных месторождений при электроимпульсном и ультразвуковом воздействии / P.C. Серый // Проблемы недропользования: материалы V Всероссийской молодежной научно — практической конференции (с участием иностранных ученых) 8-11 февраля 2011 г. / ИГД УрО РАН. - Екатеринбург: УрО РАН, 2011. С. 190-195.

Серый Руслан Сергеевич

Специальность 25.00.20 Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 16.04.2012. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Гарнитура «Тайме». Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ 107.

Отдел оперативной полиграфии издательства ФГБОУ ВПО «Тихоокеанского государственного университета». 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Серый, Руслан Сергеевич, Хабаровск

61 12-5/3078

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук

На правах рукописи

СЕРЫЙ Руслан Сергеевич

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ ВЫСОКОГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ ПРИ ОТКРЫТОЙ

РАЗРАБОТКЕ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Специальность 25.00.20 Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Хабаровск - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................4

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ВЫСОКОГЛИНИСТЫХ РОССЫПЕЙ.............................................................10

1.1 Оценка ресурсного потенциала добычи золота в Российской Федерации.............................................................................................11

1.2 Анализ современного состояния технологий разработки и дезинтеграции высокоглинистых россыпей..........................................................14

1.3 Обзор способов и средств дезинтеграции песков россыпных месторождений..........................................................................................24

1.3 Л Особенности гидромеханических способов подготовки высокоглинистых песков к обогащению..............................................................27

1.3.2 Оценка физических и химических способов подготовки высокоглинистых песков к обогащению..............................................................36

1.4 Цель и задачи, методы исследования...........................................40

2 РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ РАЗРАБОТКИ ВЫСОКОГЛИНИСТЫХ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ....................41

2.1 Технологические схемы направленного изменения свойств высокоглинистых песков при производстве подготовительных работ.....................41

2.2 Физико-механические свойства высокоглинистых пород россыпных месторождений...............................................................................45

2.3 Проблемы извлечения ценных компонентов из труднопромывистых песков россыпей и основные направления их решения..............................48

2.4 Исследование вещественного состава высокоглинистых песков и глинистых окатышей.............................................................................49

2.5 Экспериментальные исследования гидромеханического способа дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей......................................56

2.5.1 Методика проведения испытания по дезинтеграции глинистых пород на лабораторной установке...............................................................56

2.5.2 Определение зависимости степени дезинтеграции высокоглинистых

песков россыпей от их влажности и времени воздействия........................60

2.6 Выводы............................................................................63

3 ИССЛЕДОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО И ЭЛЕКТРО-ИМПУЛЬНОГО СПОСОБОВ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ ВЫСОКОГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ РОССЫПЕЙ.....................................................................64

3.1 Акустические способы воздействия на глинистые породы.............64

3.1.1 Методика проведения лабораторных исследований ультразвуковой

диспергации глинистых пород............................................................68

3.2 Электроимпульсный способ дезинтеграции высокоглинистых

песков россыпей.......................................................................73

3.2.1 Методика проведения лабораторных исследований электроимпульсной дезинтеграции глинистых пород.....................................................78

3.3 Выводы..............................................................................81

4 РАЦИОНАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ ПЕСКОВ РОССЫПЕЙ....................................82

4.1 Технологический комплекс для дезинтеграции песков россыпей и до-извлечения полезных компонентов.......................................................82

4.2 Сравнительная технико-экономическая оценка эффективности разработки высокоглинистого россыпного месторождения на примере месторождения р. Колчан..................................................................................92

4.3 Выводы..............................................................................96

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................97

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................99

ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................................110

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Снижение объемов россыпной золотодобычи в современный период связано с тем, что мелкозалегающие и легкообогатимые месторождения в основном уже отработаны, и большая часть разрабатываемых в настоящее время месторождений имеют высокое содержание глины в перерабатываемых песках, что относит их к категории труднопромывистых. Однако вовлечение в эксплуатацию месторождений с высоким содержанием глины (глубокозале-гающие геогенные, техногенные россыпи и недоработанные целики) является важным направлением пополнения сырьевой базы россыпной золотодобычи.

ции глинистых песков россыпей», конкурсным проектом ДВО РАН «Анализ проблемы дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей и обоснование комплексного подхода к её решению».

Предмет исследования: процессы и средства дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей.

Задачи:

4. Обосновать параметры процесса гидромеханической и электроимпульсных способов дезинтеграции.

Методы исследований: анализ литературных источников, патентных материа-

лов, результатов эксплуатации ряда россыпных месторождений, минералогического состава высокоглинистых песков; исследования физико-механических свойств глинистых конгломератов, экспериментальные исследования гидромеханических, ультразвуковых и разрядно-импульсных воздействий на глинистые фракции; анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований с применением методов их статистической обработки.

Защищаемые научные положения:

1. Эффективность дезинтеграции высокоглинистых песков россыпных месторождений гидромеханическим способом в спиральном дезинтеграторе-концентраторе определяется главным образом продолжительностью процесса, заданного скоростью вращения шнека, влажностью и содержанием глинистых фракций. Уменьшение содержания глины в окатышах в полтора раза, при их постоянной влажности, увеличивает вдвое эффективность дезинтеграции за единицу времени (1 мин.); при этом повышение влажности песков на 3—4 % при первоначальном содержании глины дает тот же эффект.

2. Дезинтеграция глинистых конгломератов при ультразвуковом воздействии возникает по принципу послойной диспергации при интенсивности излучателя более 2 Вт/см , что предопределяет область использования ультразвука как инициатора микроразрушений на поверхности фракций размером более 1-2 см.

Научная новизна работы:

2. Установлена степень влияния гидромеханического воздействия на эффективность разрушения глинистых песков при различной их влажности и продолжительно-

сти процесса.

3. Определены факторы, влияющие на эффективность послойной дисперга-ции глин воздействием ультразвуковых волн, обоснована область применения данного метода с учетом скорости и энергоемкости процесса диспергации.

4. Выявлены закономерности комплексного влияния гидромеханических и электроимпульсных воздействий на эффективность процесса дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей при различных значениях их влажности и продолжительности процесса.

- возможности использования для разработки открытым способом стандартного промприбора ППТТ с дополнительной хвостовой приставкой - спиральным дезинтегратором-концентратором с блоком электроимпульсной дезинтеграции, существенно повышающей технико-экономические показатели извлечения ценных компонентов;

- снижение техногенного воздействия на природную среду за счет уменьшения площади отчуждаемых земель под размещение эфельных хвостов при неэффективной

дезинтеграции песков на шлюзовых промприборах.

Личный вклад автора:

- сформулированы цели, задачи и методы исследований;

Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы диссертации докладывались и получили положительные оценки на: Всероссийской на-

учной конференции студентов и аспирантов в Вологодском Государственном техническом университете г. Вологда 2006 г.; I Международной научной конференции «Проблемы комплексного освоения георесурсов», г. Хабаровск, 2007 г.; IX краевом конкурсе-конференции молодых ученых, г. Хабаровск, 2007 г., конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Геологические и технологические проблемы рационального освоения месторождений полезных ископаемых», 2007 г. ИГД ДВО РАН (г. Хабаровск).; XI краевой конкурс-конференция молодых ученых, г. Хабаровск, 2009 г.; III Международной научной конференции «Проблемы комплексного освоения георесурсов», 2009; XIV Международном совещании по геологии россыпей и месторождений кор выветривания (РКВ-2010), Новосибирск, 2010, «Второй региональной конференции Майнекс Дальний Восток», 2010; IV Всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых «Проблемы комплексного освоения георесурсов», Хабаровск, 2011 г.

Автор выражает свою глубокую признательность за научное и методическое руководство, квалифицированную помощь кандидату технических наук В.В. Нечаеву, доктору технических наук B.C. Литвинцеву. Автор благодарен за тесное сотрудничество и помощь сотрудникам лаборатории проблем освоения россыпных месторождений П.П. Сас, B.C. Алексееву. Особая признательность и благодарность всем соавторам научных публикаций.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ВЫСОКОГЛИНИСТЫХ РОССЫПЕЙ

1.1 Оценка ресурсного потенциала добычи золота в Российской Федерации

В настоящее время основная часть мелких и легкообогатимых россыпных месторождений золота отработана. В основном для большинства прогнозных и оставшихся на балансе россыпных месторождений характерна высокая трудоемкость их разработки, связанная с высоким содержанием глинистых частиц в золотосодержащих песках, значительной глубиной залегания продуктивных пластов и преобладанием мелкого и тонкого золота. Эти особенности обуславливают сложность освоения таких месторождений, которая состоит в необходимости переработки повышенных объемов горной массы и решении вопроса дезинтеграции глинистых песков для эффективного извлечения золота [1]. В настоящее время увеличение россыпной минерально-сырьевой базы возможно только за счет вовлечения в эксплуатацию труднообогатимых высокоглинистых россыпных месторождений, как природных, так и техногенных.

Прогнозные ресурсы коренного и россыпного золота РФ по состоянию на 2004 год оценивались в 16277 тонн. По этому показателю Россия занимала второе место в мире после ЮАР. Ресурсы категории Р1 составляют 4113 т, Р2-6141 т, Р3 - 7643 т. Более трех четвертей прогнозных ресурсов связано с коренными месторождениями золота, 11,4 % - с россыпями золота, 7,7 % - с коренными месторождениями комплексных руд.

До 75 % разведанных запасов нах

Информация о работе

Серый, Руслан Сергеевич
кандидата технических наук
Хабаровск, 2012
ВАК 25.00.20

Диссертация

Обоснование эффективных способов дезинтеграции высокоглинистых песков при открытой разработке россыпных месторождений благородных металлов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы