Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование техники и технологии извлечения мелкого и тонкого золота на основе вибрационно-гравитационной концентрации

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование техники и технологии извлечения мелкого и тонкого золота на основе вибрационно-гравитационной концентрации"

На правах рукописи

РАДЖАБОВ МАГОМЕДГАДЖИ МАГОМЕДОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕЛКОГО И ТОНКОГО ЗОЛОТА НА ОСНОВЕ ВИБРАЦИОННО-ГРАВИТАЦИОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

Специальность 25.00.13. - "Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

Москва 2013

005541696

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Кармазин Виктор Витальевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор кафедры геотехнологии и комплексного освоения месторождений полезных ископаемых «Российский государственный

геологоразведочный университет» Небера Владимир Петрович

кандидат технических наук, заведующий отделом обогащения минерального сырья

ФГУП«ЦНИГРИ» Романчук Александр Ильич

Ведущее предприятие ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский

горно-металлургический институт» (государственный технический университет) г. Владикавказ

Защита состоится «25» декабря 2013г. в 16 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.128.08 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный горный университет» по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный горный университет» Автореферат разослан « 22 » ноября 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Шек Валерий Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Анализ развития добычи и разведки золота за последние 25 лет показывает, что активно проявляются тенденции к увеличению добычи золота. В настоящее время доизвлечение из хвостов обогащения мелкого и тонкого золота (МТЗ) очень рентабельно, поскольку за последние пять лет цена на золото выросла в три раза. Месторождения, содержащие МТЗ, являются новым видом сырья, для которого эффективной схемы обогащения не существует. Поэтому необходимо переходить к новым процессам и аппаратам, которые позволяют извлекать драгметаллы мелких и тонких классов крупности, и к новым экологически безопасным технологиям, т.е. основой для решения проблемы прироста продукции золотодобычи должно стать создание новых техники и технологии для повышения извлечения МТЗ.

Цель работы - разработка эффективного способа и устройства для максимально полного извлечения мелкого и тонкого золота из хвостов шлиходоводки на основе вибрационно-гравитационной концентрации.

Идея работы заключается в создании оптимальных гидродинамических условий для сегрегации золотосодержащих частиц по плотности и крупности в горизонтальном кольцевом зазоре, расходящемся от центральной точки питания при наложении восходящего потока воды и вертикальных вибраций для повышения извлечения МТЗ.

Задачи исследования:

• Установить закономерности процесса сегрегационной перколяции частиц золота в горизонтальных массопотоках, подверженных вертикальным вибрациям и подачей снизу воды.

• Разработать математическую модель процессов, происходящих на вертикальном, горизонтальном и вибрационно-промывочном участке концентратора.

• Создать опытную конструкцию вибрационно-гравитационного концентратора па основе его математичсской модели.

• Экспериментально оценить технологические и технико-экономические возможности практического применения вибрационно-гравитационного концентратора.

Методы исследований:

• химические, гравитационные, магнитные методы анализа исходных материалов и продуктов разделения;

• математическое моделирование процесса сепарации в лабораторных условиях;

• анализ результатов, полученных в ходе лабораторных испытаний с использованием компьютерной обработки в современных программах типа 81айзйса, ЗоЦсПУогкз, Ашув и др.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

1. Разработан процесс и установлен механизм извлечения мелкого и тонкого золота с использованием вибросегрегационной сепарации в условиях турбулентной диффузии частиц разной крупности и плотности при последовательном вертикальном, криволинейном, а затем и горизонтальном расширяющемся движении слоя исходного продукта в поле движущих гравитационных и вибрационных сил.

2. Разработана математическая модель процесса вибрационно-гравитационной концентрации мелкого и тонкого золота, состоящая из уравнений динамики движения частиц под действием гидростатических, гидродинамических и вибрационных сил при вертикальном, криволинейном и расширяющемся горизонтальном движении пульпы из частиц минералов, в заданном интервале соотношений их размеров и плотности.

3. Установлены закономерности процесса вибросепарации и предложена новая конструкция лабораторного вибрационно-гравитационного концентратора, отличающаяся тем, что на нижней поверхности рабочего пространства выполнены углубления для концентрации тяжелой фракции, а дно углублений имеет перфорационные отверстия для подачи разрыхляющей воды, обеспечивающие турбулентную диффузию частиц разной крупности и плотности в процессе сепарации.

4. Разработана технология доизвлечения МТЗ из отвальных продуктов золотодобычи при шлиходоводке на основе процесса вибрационно-гравитационной концентрации, включающая операции грохочения, концентрации на шлюзе мелкого наполнения, сушку, магнитную сепарацию, электромагнитную сепарацию, феррогидростатическую сепарацию и вибрационно-гравитационную концентрацию хвостов ФГС.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждаются:

• аналитическими и экспериментальными исследованиями, проведенными в лабораторных, полупромышленных и промышленных условиях;

• многократным дублированием основных экспериментов, усреднением экспериментальных данных, использованием теории вероятностей и математической статистики;

• сходимостью разработанных конструктивных и технологических параметров вибрационно-гравитационного концентратора, полученных аналитическим методом, с данными практики, расхождение не превышает 15%;

• сходимостью расчетных значений, полученных из аналитических зависимостей, с экспериментальными данными - расхождение между ними укладывается в доверительный интервал с вероятностью 0,90.

Для контроля эффективности процесса применялись минералогический, гранулометрический и другие методы анализа продуктов

обогащения, математические методы расчёта скоростей и давлений. Данные обрабатывались с использованием современных компьютерных программ.

Научное и практическое значение работы.

1. Установленные механизм и закономерности процесса вибрационно-гравитационной концентрации (ВГ-концентрации) развивают теорию гравитационного обогащения золотосодержащих продуктов в криволинейном и горизонтальном потоках

2. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны процесс и аппарат вибрационно-гравитационной концентрации для извлечения МТЗ из шлихов и отвальных продуктов. Разработана конструкция вибрационно-гравитационного концентратора (ВГК) и опробована в лабораторных условиях на промпродукте и хвостах золотосодержащих руд. Показано, что применение технологической схемы доводки шлихового продукта повышает извлечение золота на 0,55%. Подана заявка на патентование изобретения № 201214176.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на научных конференциях «Неделя горняка», (МГГУ 2011 и 2013 гг.), «Конгресс обогатителей стран СНГ» (Москва 2013г), на семинарах кафедры «Обогащение полезных ископаемых» МГГУ(2011-2013гг).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 работ, из них 3 - в изданиях, входящих в список, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объём диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из 83 наименований, содержит 30 рисунков и 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В решении проблем, связанных с извлечением мелкого и тонкого золота из хвостов отвальных и шлиховых продуктов, большой вклад внесли такие выдающиеся ученые как В.И. Тихонов, В.В. Кармазин, A.A. Абрамов,В.А. Чантурия, В.П. Мязин, В.А, Бочаров, В.П. Небера, А.Б. Солоденко, JI.C. Стрижко, А.И. Романчук, H.H. Закиева, Г.В. Седелышкова, С.Б. Татауров, О.И. Рыбакова, И.И. Ковлеков, Р.И. Исаков, A.A. Ковалев, В.А. Измалков и другие.

При работе существующих гравитационных обогатительных аппаратов невысокие показатели извлечения МТЗ обусловлены отсутствием оптимальных условий для перераспределения частиц по плотности при их стесненном движении в потоке.

На основе теоретических и экспериментальных исследований автором предлагается новый вибрационно-гравитационный метод извлечения мелких и тонких классов крупности (МТЗ) из отвальных продуктов и продуктов шлиходоводочных операций.

Поставленная цель достигается тем, что в вибрационно-гравитационной концентрации МТЗ обеспечивается взаимная перпендикулярность векторов горизонтального и вертикального движения материала под действием гравитационной силы, осаждения частиц высокой плотности, а также за счет обеспечения уменьшения толщины слоя движущегося материала, увеличения времени его пребывания в придонной рабочей зоне и воздействия на весь объем материала вибрациями, интенсифицирующими процесс разделения частиц по плотности.

В работе рассмотрены гравитационные, гидромеханические, магнито-гравитационные, флотационные, центробежные и комбинированные методы извлечения тонких классов.

1. Новый процесс и механизм извлечения МТЗ с применением сепарационной вибросегрегации.

Разработанный процесс предполагает проведение сепарационной вибросегрегации в условиях турбулентной диффузии частиц разной крупности и плотности при вертикальном, криволинейном, а затем и горизонтальном расширяющемся движении слоя исходного продукта в поле движущих гравитационных и вибрационных сил. Известно, что во многих гравитационных способах обогащения имеет место явление сегрегации. При определенных условиях (вибрация, механическое или гидравлическое рыхление) мелкие частицы, попадая в промежутки между крупными, продвигаются постепенно в нижнюю часть слоя, при этом мелкие частицы одинаковой плотности располагаются ниже крупных. При разной плотности частиц в нижнем слое располагаются мелкие тяжёлые частицы, над ними слой крупных тяжёлых частиц с мелкими лёгкими, в верхнем слое крупные лёгкие частицы. Известно, что скорость процесса сегрегации можно повысить, изменяя ряд действующих на процесс факторов, уменьшая толщину слоя, увеличивая интенсивность вибрации. Это положение явилось отправной точкой в данной работе.

Рис. 1.Вибрационо-гравитационной концентратор

Механизм вибрационно-гравитационной концентрации состоит в следующем: исходный материал в виде густой водной суспензии - пульпы -подается через трубу 1, расположенную вертикально по оси концентратора, вниз в придонную зону, где конусный рассекатель 2 направляет материал горизонтально расходящимся потоком в рабочую зону. Рабочая зона ограничивается верхней поверхностью 3 и дном 4, в котором расположены углубления 5. Углубления сегментной формы имеют перфорированное дно 6, через отверстия в котором из кольцевого коллектора 7 восходящими струями в рабочую зону подается вода для разрыхления материала. Разрыхленный водой материал движется горизонтально в кольцевом зазоре от центральной оси устройства к его внешнему диаметру с замедлением. Вибратор 8 через мембрану 9 передает низкочастотные вибрации всему объему материала в устройстве. При этом в материале, находящемся в рабочей зоне в виде тонкого слоя между поверхностью 3 и дном 4, происходит процесс сегрегационного расслаивания минеральных частиц по плотности и крупности, в результате которого частицы повышенной плотности (тяжелой фракции) перемещаются в придонный слой и затем оседают (концентрируются) в углублениях 5. Сегрегационному расслаиванию и концентрации тяжелой фракции внизу рабочей зоны способствуют наличие тонкого слоя материала, разрыхление материала струями воды, вибрации и перпендикулярность векторов движения материала и действия гравитационной силы (горизонтальное движение материала при вертикальном действии силы тяжести). Уменьшение скорости при движении обогащаемого материала от оси устройства к его внешнему диаметру также благоприятствует повышению извлечения ценного тяжелого компонента. После прохождения рабочей зоны материал, состоящий преимущественно из частиц низкой плотности, представляя собой легкую фракцию - «хвосты» по кольцевому каналу, образованному соосными цилиндрическими стенками 10, 11, поднимается вверх и поступает в кольцевой желоб 12, откуда разгружается за пределы устройства.

2. Математическая модель процесса вибрационно-гравитационной концентрации МТЗ.

Математическая модель ВГК получена из уравнений динамики движения частиц под действием гидростатических, гидродинамических и вибрационных сил при вертикальном, криволинейном и расширяющемся горизонтальном движении пульпы из частиц минералов пустой породы, на порядок меньшей плотности и большей крупности, чем золотины МТЗ. Математическая модель процесса виброгравитационной ко1щентрации ВГК представлена уравнениями движения массопотока при повороте из вертикального канала в кольцевой зазор рабочей зоны и уравнениями движения массопотока в основной части рабочей зоны - кольцевом зазоре, где диффузионная сегрегация материала по крупности и плотности усиливается вибрационными воздействиями. Как видно из схемы (рис. 1), при входе в рабочую камеру из вертикальной трубы поток питающей пульпы

искривляется под углом 90 (от вертикального до горизонтального) и расширяется веером в 360° в кольцевом зазоре рабочей зоны от центра устройства к внешнему диаметру.

На этом участке частицы дополнительно испытывают действие центробежных сил, которые совпадают по направлению с силами тяжести, что способствует ускорению осаждения зологин. Для теоретического решения данной задачи наиболее подходит детерминированный способ,

основанный на уравнениях

• „ „ , классической гидромеханики и

• Рис.2.Силовои режим движения

! г механики твердого тела с введением в

| частиц в зоне поворота массо- формулы коэффициентов, отражающих ; потока неучтенные явления и процессы,

влияющие на эти показатели. В этом случае уравнение динамики разделения минералов в криволинейных потоках формулируют на основе принципа Даламбера (метод кинетостатики):

Рц + Ра + Рс + Рт + Ей = 0, (1)

где каждая из представленных сил: центробежная, Архимедова, сопротивления среды по Стоксу, силы тяжести и инерции (рис 2), может быть описана исходя из известных зависимостей с использованием таких параметров, как: диаметр минеральной частицы - й, м; плотность

минеральной частицы

кг/м ; радиус вращения минеральной

частицы - г, м; масса минеральной частицы скорость движения V и со, м/сек и рад/сек.

т, кг-с /м; линейная и угловая

Рц—т-й)2

■ г = —--; Н,

(2)

а2Г Т1(1ц-6-с1 с

Ри - т ■ тт - —— Н,

ч м2 6М2

К. = Зтт ■ с1и ■ и ■ —; Н.

С Ц Г- м>

(3)

(4)

Пренебрегая силами тяжести и Архимеда, значения которых в сравнении с центробежной силой для тонкоизмельченных материалов обычно малы, получаем уравнение:

й м2 6

3 пй^ц

(5)

откуда определяем предполагаемую радиальную скорость твердой частицы:

-18(1+7-18(1-71В(1+4йша(£-Л)

езср-2—-—--1 - ехр---

2А5

. М/С (6)

Профессор Таггарт предположил, что при разделении частицы до 50 мкм величиной под корнем можно пренебречь. В этом случае упрощенный вариант уравнения, используемого на практике, с заменой тангенциальной скорости У[ угловой со, примет вид:

ии = ——--, м/с. (7)

р 18(1 ' 4 '

Если учесть, что V, = ж ^ г, то формулу (7) можно представить в виде:

= —-, м/с. (8)

р 16200(1 ' 4 у

При использовании условия отсутствия относительного движения частиц в тангенциальном направлении силу сопротивления лучше определять по закону Стокса. Применение этого закона сопротивления, несмотря на турбулентный характер течения жидкости в криволинейном потоке, обусловлено тем, что параметр Рейнольдса для движения частицы в радиальном направлении составляет величину порядка единицы. Получив значение скорости, мы можем также определить разницу между разделением в центробежном и в гравитационном полях в тяжелых средах относительно скорости разделения. В нашем случае в зоне поворота потока при скоростях до 30 мм/с одна и та же минеральная частица проходит расстояние в 100 мм под воздействием центробежной силы в десятки раз быстрее, чем в поле действия силы тяжести. В этих условиях основная часть крупных золоти будет оседать под сетку вблизи точки подачи.

После поворота массопоток движется в горизонтальном направлении. Его течение характеризуется горизонтальной Щх) = 012л-г и вертикальной Щу) составляющими скорости. Частицы также имеют скорость движения относительно жидкости и (у,). Определим траектории движения частиц. За время ¿1 частица в горизонтальном направлении пройдет путь, равный

= .,п г ав вертикальном <1у = [С/у (у) — г?(у)]йС. Решая эту систему уравнений, получаем:

2пгс1х (1у

<г [иу(у)^(у)\

откуда

х = [ 7 , ;—аУ + С. м. (9)

Постоянная интегрирования С определяется из условия: х=0, у=у0. На поверхности жидкости Uy (y)=0, a v(y)=v0. При падении в среде мелких зерен, скорость которых мала, диаметром сопротивления можно пренебречь и учитывать лишь вязкость среды. В этом случае конечную скорость вычисляем по формуле Стокса:

U{у) = 1Е22Ы. м/с. (Ю)

Время сепарации регулируется скоростью восходящего потока U„, повышающего селективность разделения, которая должна быть на 20-30% ниже этой скорости.

Детерминированные подходы, т. е. описание поведения частиц или пульпы по законам классической механики и гидромеханики для начального участка рабочей зоны, в основной части рабочего пространства не являются корректными. В турбулентном потоке пульпы при наложении вибраций перенос вещества большей частью осуществляется за счет турбулентных пульсаций (ТП), которые изотропны (равновероятны по любому направлению). Этот массоперенос можно сравнить с диффузионным и учитывать его в соответствующем, не зависящем от градиента концентрации коэффициенте турбулентной диффузии D,. Хаотическое движение частиц вполне напоминает броуновское движение, но вызвано не молекулярной диффузией, а макродиффузией самих частиц в потоке пульпы, одной из причин которой являются турбулентные пульсации.

Таким образом, временные корреляции случайных силовых воздействий (в лагранжевых координатах) очень малы в характерных для гидромеханических процессов временных интервалах, а сами случайные воздействия можно рассматривать в качестве стационарного случайного процесса типа "белого шума". Траектория такой частицы динамической системы с "белым шумом" удовлетворяет системе стохастических дифференциальных уравнений движения - уравнений Ланжевена.

Описываемое в этом уравнении случайное блуждание частицы может быть охарактеризовано одномерной плотностью вероятности W(t, х). По своему физическом смыслу W(t, x)dx определяет относительное количество частиц, находящихся в момент времени t в сечении (х; х + дх).Следовательно, W(t,x) может быть истолкована как концентрация частиц в момент t на расстоянии х.

Если начальное состояние детерминировано, то эти случайные процессы однозначно характеризуется одномерной плотностью вероятности конечного состояния, функция параметров которых W(t,x) удовлетворяет 2-му уравнению Колмогорова, а если плотность вероятности заменить концентрацией частиц массопотока, то это будет уравнение турбулентной диффузии в силовом (гравитационном) поле - Эйнштейна (Колмогорова)-Фоккера-Планка (ЭФП):

dC/dt = DV2C - RMexV С/а, сек1 , (11)

где С - концентрация частиц массопотока; О, - коэффициент турбулентной диффузии; Ямех/а - коэффициент скорости сепарации.

Это уравнение проф. О.Н. Тихонов успешно применял для оценки процессов разделительного массопереноса. В общем случае решение уравнения (11) приводит к уравнению Ерофеева - Колмогорова

г = 1 -ехр (-к£п), д.ед., (12)

где к- коэффициент скорости процесса; п - коэффициент, зависящий от градиента концентраций С.

Для повышения селективности разделения минералов по плотности в условиях стесненного падения нами предложено наложение на этот поток механических вибраций. При этом в придонной части образуется уплотненный слой материала (постель), который движется только под действием механических вибраций, вызываемых внешним вибратором.

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.

В отсутствии вибрации находящаяся в сосуде смесь разнородных частиц сыпучей среды в поле силы тяжести или другом стационарном силовом поле (рис.3) может иметь бесконечное число непрерывно распределенных положений равновесия: она располагается так или почти так, как ее засыпали в сосуд. Вместе с тем на равновесное состояние могут существенно повлиять возникающие при вибрации движущие вибрационные силы. Интенсивность вибрирования не должна быть слишком высокой, чтобы не преобладала хаотическая компонента процесса, т.е. перемешивание. При этом в случае смеси крупных и мелких частиц одной плотности, в результате воздействия вибрации крупные частицы расположатся над мелкими (рис. 3,а). В случае смеси частиц одинакового размера, но с различными плотностями, легкие частицы расположатся над тяжелыми (рис. 3,6), и, наконец, в случае смеси крупных и мелких частиц различных плотностей нижнее положение займут мелкие тяжелые, затем расположатся мелкие легкие, крупные тяжелые (или смесь мелких легких и

ЗйаШ

Рис. За, 36 и Зв. Осаждение минеральных частиц различной плотности под воздействием механических колебаний.

крупных тяжелых), в верхнем положении окажутся крупные легкие частицы (рис. 3,в).

Таким образом, во всех рассмотренных случаях под действием вибрации подвижная разделяемая смесь стремится к определенному квазиравновесному состоянию. Наложение вибраций интенсифицирует процесс сепарационного диффузионного массопереноса в силовом доле Эйнштейна-Фоккера-Планка формула (11).

Для предложенных нами условий, когда вибрация достаточно интенсивна, так что имеет место эффект псевдоожижения смеси, в работах И.И. Блехмана и В.Я. Хайнмана получены следующие нелинейные дифференциальные уравнения в частных производных, подобные уравнениям ЭФП и описывающие одномерный медленный процесс изменения объемных концентраций с;,-..,е„ компонент разделяемой смеси:

£ = 1,...,п),сек\ (13)

где z - пространственная координата; ац и Ь$- функции г, которые зависят от свойств и характеристик частиц (размеров, формы и плотности), а также от параметров вибрации вблизи данной точки. Функции а^ характеризуют соответственно интенсивность диффузионных, a by - скорость упорядоченных движений частиц. Сумма = £™=1 а^с,- в этом уравнении играет роль коэффициента диффузии в уравнениях ЭФП.

Рассмотрим стационарное распределение частиц двухкомпонентной смеси в замкнутом вибрирующем сосуде. При решении данной задачи примем простейшие предположения - рассмотрим одномерный случай при отсутствии медленных течений среды в целом и будем считать, что коэффициенты ап и Ь\г не зависят от пространственной координаты z. Не зависящей от этой координаты полагаем также суммарную объемную концентрацию с - Cj + с 2; при этом, используя относительные концентрации с/сисг/си сохраняя для них те же обозначения, будем иметь сг + с2 = 1.

При учете соотношений а]2 - a2h bi2 = -Ъ21 и с; = 1 - с2 уравнение (13) принимает вид

£ = ¿[«»£-«1*12 С1-О]=0. (14)

Граничные условия состоят в отсутствии потока частиц этой компоненты через сечения z = 0 и г = h:

ClUft = 1 ~ С2 |2=л = 1 -<?//?, к = /0 cxdz, где /? - коэффициент пропорциональности; - высота слоя массопотока частиц первой компоненты (золота), h - обшая высота слоя частиц обеих компонентов. При этих условиях согласно О. Н. Тихонову решения уравнения (14) можно свести к уравнению Ерофеева - Колмогорова (12): С1= CKexp(-ktn), кг/т. (15)

Используя уравнения баланса и среднее значение содержания золота в концентрате мы можем построить график для распределения концентраций

Заштрихованная область -зона максимальной концентрации. При высоте рабочего пространства к - 1см в слое толщиной 0,5 см массовая доля золота составляет до 1 кг/т. В этот слой извлекается 80 % золота.

Выбранный режим

обеспечивается при высоте углублений для накопления тяжелой фракции в соответствии с толщиной этого богатого слоя, т.е. 0,5 см. Такое распределение концентрации золотин по высоте рабочего пространства должно достигаться в конце

горизонтального участка рабочей зоны при условии, что они до этого не покидают рабочей зоны. Время сепарации и длину рабочей зоны можно рассчитать на основе уравнения (15) и регулировать скоростью восходящего потока воды.

Таким образом, использование уравнений (12), (15) разработанной модели позволяет определить параметры аппарата и оценить полученные технологические показатели.

3. Разработка конструкции вибрационно-гравитационного концентратора (ВГК).

Разработана конструкция ВГ-концентратора с дисковидным корпусом, внутри которого между нижней и верхней горизонтальными поверхностями находится рабочее пространство, и в нем в кольцевом зазоре плотным и тонким слоем движется исходный материал от центра к внешнему диаметру, а на корпусе установлен регулируемый электромагнитный вибратор для передачи низкочастотных колебаний через мембрану в объем материала. На нижней поверхности корпуса выполнены углубления для концентрации МТЗ, а дно углублений имеет перфорационные отверстия для подачи разрыхляющей воды.

Аппарат включает: цилиндрический корпус 1; расположенную по его оси питающую трубу 2; вибратор 3, передающий вибрации в объем материала посредством упругой мембраны; систему подвода воды 4 и узел накопления тяжелой фракции 5.

; Рис. 4. Зависимость распределения \ концентрации тяжелых частиц

\ (золота) по высоте рабочего | пространства

Исходив? питание

Тшеяаэ фратиа

Рис.5. Вибрационно-гравитационный концентратор, экспериментальная модель

Рабочая зона концентратора в виде горизонтальной круговой щели образовывалась наконечником на питающей трубе и нижней поверхностью придонной зоны с углублениями для тяжелой фракции, имеющими перфорированное дно для подачи разрыхленной воды.

Последний узел изображен отдельно на рис. 6. В качестве источника вибраций использовался вибролоток питателя с регулируемой амплитудой колебаний.

Следует отметить, что вследствие малых размеров самого устройства активная длина его рабочей зоны составляла в радиальном направлении 15 мм. Зазор между верхней и нижней поверхностями рабочей зоны и

соответственно толщина

горизонтального потока материала были приблизительно в 5 раз больше максимального размера частиц материала (5 мм).

В соответствии с результатами теоретических расчетов в

лаборатории НТЦ был собран испытательный стенд, который, кроме концентратора, включал раму, водяной коллектор с вентилями, емкости для продуктов разделения.

Конструктивно-технологические параметры концентратора: диаметр рабочей части чаши — 60 мм; габаритные размеры— 185 х 130 х 330 мм; масса концентратора — 7,0 кг; мощность вибратора — 0,1 кВт, частота вибраций — 100 Гц; производительность—10 кг/час; крупность питания — 5 мм; расход воды — до 25 л /час; плотность питания — до 50 % твердого, разгрузка концентрата — периодическая, диаметр трубки для подачи воды —-7,1 мм.

При проведении испытаний в качестве основных проб были использованы продукты обогащения ЗИФ которые были представлены промпродуктами и хвостами гравитационного передела золотоизвлекательной фабрики соответственно с содержанием золота 700 г/т

шт*

Рис.6. Накопитель тяжелой фракции

и 8 г/т, серебра 1129 г/т и 32,28 г/т. Минеральный состав промпродукта и хвостов практически не отличается. В состав промпродукта и хвостов входят следующие тяжелые минералы: арсенопирит - 50-60%; галенит - 30%; пирит - 20%.

Анализ кривых ситового анализа тяжелой фракции (рис.7) после

одного и двух циклов концентрации показал, что в концентрате наблюдается уменьшение

содержания мелких классов по сравнению с исходным, по классу — 0,25 мм разница составляет 20%.

Сравнивая кривые ситового анализа тяжелой фракции в концентратах, можно сделать вывод, что с каждым повторным циклом концентрации эта разница уменьшалась, так, после второго цикла разница составляла уже 14%.

Это еще раз подтверждает вывод о том, что увеличение длины рабочей зоны, т. е. увеличение диаметра концентратора позволит увеличить как содержание, так и извлечение тяжелой фракции, в том числе и труднообогатимых мелких классов крупности.

Результаты лабораторных испытаний на искусственных смесях были подтверждены укрупненными лабораторными исследованиями.

При проведении испытаний масса навески составляла 3 кг, частота вибраций - 100 Гц, расход воды 6 л за один цикл концентрации, который по времени составлял 15 минут. После завершения концентрации подача питания и воды прекращалась, выключался вибратор, от концентратора отсоединялась нижняя часть с накопителем тяжелой фракции, продукты смывались, сушились, взвешивались, рассеивались для ситового анализа.

По результатам пробирного анализа продуктов обогащения промпродукта ЗИФ установлено, что извлечение золота в концентрат составило 87,6 % с содержанием 9400 г/т. Извлечение при концентрации золота из хвостов ЗИФ составило 82 % с содержанием золота 101 г/т.

Полученные результаты исследований на доводке вибрационно-гравитационого концентратора (ВГК) доказали эффективность гравитационного метода, а полученные сепарационные характеристики работы концентратора позволили сделать вывод о высокой эффективности данного метода. Применение ВГК позволит увеличить извлечение золота при промывке песков и доизвлечении ценного компонента из промежуточных

»-

® ■

о-

ч> у • « ■■' 5

1 .................... - - ■! \

\ % ^ 3 ............................5

. -...... __!

........ ......................

оз ад ов оя V оз

(¡руяйоетъ ,

Рис.7. Кривые ситового анализа тяжелой фракции (смесь I) а — в исходном; б — в концентрате после одного цикла; в — в концентрате после двух циклов

продуктов и хвостов золотоизвлекательных, шлихообогатительных фабрик и установок.

В табл. 1 приведены сравнительные характеристики вибрационно-гравитационного концентратора и сегрегационно-диффузионного концентратора на шлиховых промпродуктах.

Таблица 1

Сравнительные характеристики ВГ-концентратора и СД-концентратора

Наименование ВГ-концентратор СД-концентратор

Производительность, т/г 10 3,5

Содержание в исходном продукте, г/т 700 700

Содержание в концентрате, г/т 9400 6039

Извлечение, % 87,6 83

Расход воды, л/ч 25 35

Сравнительный анализ (см. табл. 1) показывает, что производительность ВГ-концентратора выше в три раза, расход воды меньше на 10 литров в час, содержание золота в концентрате увеличилось в полтора раза, а извлечение возросло на 4,6%. Таким образом, использование ВГ-концентратора позволит повысить технико-экономические показатели предприятия.

4. Технология доизвлсчения МТЗ из отвальных продуктов золотодобычи.

Предложена технология для шлиходоводки на основе процесса вибрационно-гравитационной концентрации, включающая операции грохочения, концентрации на шлюзе, сушку, магнитную сепарацию, электромагнитную сепарацию, феррогидростатическую сепарацию и вибрационно-гравитационную концентрацию, где процесс ВГ- концентрации применяется в роли заключительной контрольно-доводочной операции.

Для адекватности модели и повышения воспроизводимости результатов в качестве продуктов были использованы искусственные смеси: в качестве искусственной смеси I использовалась смесь кварцевого песка крупностью —1,0 мм с магнетитом крупностью —0,8 мм. Магнетит был выбран в качестве материала, имитирующего тяжелую фракцию, так как он вдвое тяжелее кварца (5,2 против 2,6 г/см3), а также для выделения его при испытаниях из продуктов обогащения с помощью сухой магнитной сепарации в слабом поле.

Анализ гранулометрического состава магнетита в исходном материале показал, что 85 % материала находилось в классе —0,5 мм, 42 % в классе —0,25 мм и 6 % в классе —0,1 мм.

В качестве искусственной смеси II использовалась смесь кварцевого песка крупностью —1,0 мм с вольфрамитом крупностью —0,4 мм.

почти

втрое тяжелее

А

Рис.8. Зависимость тяжелой фракции амплитуды вибраций (мм) (смесь 1, два цикла концентрации)

извлечения (%) от

Вольфрамит

кварца (~ 7,0 г/см^), а слабомагнитные свойства позволяют извлекать его в сильном магнитном поле.

Анализ гранулометрического состава вольфрамита в исходном материале показал, что 86% материала находилось в классе —0,25мм и 20 % в классе —0,1 мм.

Анализ зависимости

извлечения от амплитуды позволил рекомендовать область амплитуды 1мм для промышленного аппарата (рис. 8).

Из-за малых размеров концентратора и соответственно малой длины рабочей зоны (~ 15 мм), моделирование процесса было неполным, поскольку около половины количества тяжелой фракции не успевало переместиться вниз слоя и выносилось в хвосты.

Для более полного

моделирования влияния длины пути при сегрегационной концентрации в тонком слое легкая фракция повторно загружалась в

концентратор, тем самым увеличивался путь проходимый материалом и время нахождения его в рабочей зоне. На графиках, изображенных на рис.9, виден рост извлечения тяжелой фракции при увеличении числа циклов концентрации с одного до трех, что позволяет рекомендовать длину рабочей зоны более 45 мм.

В табл. 2 приведены результаты испытаний концентратора на смесях двух типов. Более высокая величина извлечения тяжелой фракции в концентрат для смеси II (несмотря на большее количество мелких классов) объясняется более высокой плотностью вольфрамита.

циклы

Рис.9. Зависимость извлечения тяжелой фракции от числа циклов концентрации

смесь I (нижняя кривая), смесь II (верхняя кривая)

Таблица 2

Результаты испытаний тонкослойного гравитационного концентратора на искусственных смесях (три цикла концентрации)

Вид смеси Выход концентрата, % Содержание тяж. фракции в концентрате, % Извлечение тяж. фракции в концентрат, %

Кварцевый песок с магнетитом (2,67 %, смесь I) -6,0 29,1 65

Кварцевый песок с вольфрамитом (3,2 %, смесь П) -6,4 34,5 69

С учетом проведенных исследований для обогащения золота предлагается усовершенствованная схема шлиходоводки.

В качестве обогатительной установки первичного обогащения был принят доводочный шлюз, имеющий высокую пропускную способность. До подачи на шлюз материал подвергается мокрому виброгрохочению по классу 5 мм. Концентрат шлюза подвергали сушке в специальной печи. Дальнейшие операции включали в себя разделение на сильно- и слабомагнитную фракции Магнитная сепарация сильномагнитных минералов проводилась на сепараторах ПБС(М)Ц с магнитной системой из постоянных магнитов с бегущим полем и индукцией магнитного поля на поверхности барабана 0,27 Тл.

После отделения шлиха от сильно- и слабомагаитных минералов немагнитная фракция подвергается доводке на феррогидростатическом сепараторе. Хвосты феррогидростатической сепарации подвергались обогащению на вибрационно-гравитационном концентраторе. Эффективное выделение и концентрация в водной среде из полиминеральных, полидисперсных смесей тяжелой фракции обеспечиваются прохождением материала в горизонтальном направлении сплошным потоком в виде тонкого слоя в кольцевом зазоре, расходящегося от центра с одновременной подачей в него восходящих струй разрыхляющей воды, воздействием вибрациями на весь объем материала. При этом создаются условия для интенсификации сегрегационного процесса перемещения частиц высокой плотности вниз слоя материала, движущегося горизонтально, и концентрации их на нижней поверхности, ограничивающей рабочее пространство. Периодическая разгрузка тяжелой фракции осуществляется после прекращения подачи обогащаемого материала, разрыхляющей воды и воздействия вибрациями.

В целом по четырем операциям извлечение составило 99,16% с выходом товарного концентрата шлихового золота (рис. 11).

у,% =91,8 Р, г/т = 319,6

исходное питание концентрат МФ-шлюза у,% =100

а, г/т =294,4

, е ,% = 100

грохочение

£,% =99,85

концентрация на шлюзе

-5

+5

у,% = 12,4 Р, г/т =23544 е,% = 99,4 сушка

мелкого накопления

сухая центробежная магнитная сепарация

•/,% =10,8 Р, г/т = 27029 е.% =99.3

7,% =9,6 Р, г/т =30405 е,% =99,29

электромагнитная _сепарация

•{,% = 1,6 Р, г/т = 1,2

£,% =0,1

сильномагц. прод.

Ъ% Р,г/Т

=2,2

=131778 = 98,61

феррогидростатическая сепарация

у,% =1,2 р, г/т = 0,9

е,% =0,01

слабомагн. прод.

у,% = 3,8 = 76719 = 99,16

Р,г/т

у,% =1,6 р, г/т = 1011 с,% =0,55

=7,4 Р,г/Т =2,7

,,8,% =0,68 ВГ-концентрация

у,% =5,8 р, г/т =0,7 £,% =0,13

7,% :

р,г/т

7,%

Р, г/т

■8,2 = 1,7 0,15

= 79,4 = 2,1 = 0,45

Р, г/т

= 96,2 = 2,5 = 0,84

наплавку в отвал

Рис.11. Технологическая схема доводки шлиховых продуктов

Таблица 3

Технико-экономические показатели извлечения золота из хвостов _шлиходоводки на ВГ-концентраторе__

№ Наименование технико-экономических Ед. изм. Показатели

п/п показателей по предпр.

1 Объём перерабатываемых песков кг/ч 100

2 Содержание Аи в песках, поступающих на ВГК г/т 2,7

3 ДоизвлечениеАи в концентрат ВГК % 0,55

4 Выход Аи концентрата % 1,6

5 Годовой объём извлечения Аи в концентрат кг 2,110

6 Капитальные затраты тыс. руб. 400

7 Дополнительные расходы тыс. руб. 65

8 Экономический эффект тыс. руб. 2497

В результате проведенных испытаний показано, что использование разработанных способа и аппарата позволит повысить технико-экономические показатели шлиходоводки при россыпной золотодобыче (табл.3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи повышения технико-экономической эффективности и технологических возможностей обогащения МТЗ и повышения его извлечения.

Основные научные выводы и практические результаты, полученные автором, заключаются в следующем:

1. Предложен новый процесс вибросегрегации частиц разной крупности и плотности при криволинейном и горизонтальном движении исходной пульпы, учитывающий особенности их перемещения в вибрирующем, тонком и плотном расширяющемся слое шлиха или промпродукта.

2. Разработана математическая модель процесса вибрационно-гравитационной концентрации МТЗ, которая состоит из уравнений динамики движения частиц под действием гидростатических, гидродинамических и вибрационных сил при вертикальном, криволинейном и горизонтальном тонком плотном расширяющемся слое шлиховых минералов различной плотности и крупности.

3. Установлены закономерности и определены рациональные значения основных конструктивно-технологических параметров вибрационно-гравитационного концентратора, позволяющие увеличить извлечение тяжелой фракции, в том числе и труднообогатимых мелких классов крупности.

4. Создана новая, оригинальная конструкция вибрационно-гравитационного концентратора; проведенные на ней экспериментальные

исследования показали возможность повысить степень концентрации в 10-15 раз. Подана заявка на патентование изобретения № 2012141746.

5. Разработана и испытана стендовая лабораторная установка вибрационно-гравитационного концентратора, которая позволяет экспериментально оптимизировать осповные параметры процесса обогащения.

6. Разработана технология доизвлечения МТЗ из отвальных продуктов золотодобычи при шлиходоводке на основе процесса вибрационно-гравитационной концентрации, позволяющая повысить извлечение золота на 0,4%, которая включает операции грохочения, концентрации на шлюзе мелкого наполнения, сушку, магнитную сепарацию, электромагнитную сепарацию, феррогидростатическую сепарацию и вибрационпо-гравитационную концентрацию хвостов ФГС.

7. Внедрение новых процессов и аппаратов вибрационно-гравитационной концентрации в промышлешюсть позволит существенно расширить сырьевую базу россыпной золотодобычи за счет техногенных месторождений с большим содержанием МТЗ, а также повысить экономическую эффективность работы действующих предприятий за счет получения дополнительного количества золота.

8. Использование разработанных способа и аппарата позволит повысить технико-экономические показатели, расчетный экономический эффект составил 2497 тыс. руб.

Основные положения диссертации отражепы в следующих работах:

1. Раджабов М.М., Кармазин В.В., Измалков В.А. Исследование процесса расслаивания минеральных частиц различной плотности в гравитационно-сегрегационном концентраторе // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2013. — №7.

— С.73-78.

2. Раджабов М.М. Технологические испытания вибрационно-гравитационного концентратора на золотосодержащем сырье // Горный информационно - аналитический бюллетень (научно-технический журнал).

— 2013. —№9. —С. 114—119.

3. Раджабов М.М., Кармазин В.В., Измалков В.А. Анализ мирового опыта и исследования НТЦ МГГУ по извлечению мелкого тонкого золота при отработке россыпных и прибрежных районов золотосодержащих месторождений, включая техногенные // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2012. — №5. —С. 55—60.

4. Раджабов М.М., Кармазин В.В. Исследование процесса вибрационно-гравитационной концентрации мелкого и тонкого золота в вертикальном, криволинейном и горизонтальном тонком плотном расширяющемся слое минералов пустой породы на порядок меньшей

плотности и большей крупности, чем золотины. // Горная техника. —2013, —№2, —С.110—ИЗ.

5. Раджабов М.М. Кармазин В.В. Экспериментальные исследования процесса вибрационно-гравитацинной концентрации для извлечения топкого золота // Золото и технологии. — 2013, — № 3(21). — С. 70—73.

Подписано в печать 12.11.2013. Формат 60x90/16. Бумага офсетная 1,0 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 2732

^«-МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Лицензия на издательскую деятельность ЛР№ 062809 Код издательства 5X7(03)

Отпечатано в типографии Издательства Московского государственного горного университета

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД№ 53-305

119991 Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, б; Издательство МГГУ; тел. (499) 230-27-80; факс (495) 737-32-65

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Раджабов, Магомедгаджи Магомедович, Москва

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201451715

Раджабов Магомедгаджи Магомедович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕЛКОГО И ТОНКОГО ЗОЛОТА НА ОСНОВЕ ВИБРАЦИОННО-ГРАВИТАЦИОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 25.00.13 - «Обогащения полезных ископаемых» Научный руководитель:

проф., доктор технических наук В.В.Кармазин

Москва 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕЛКОГО И ТОНКОГО ЗОЛОТА..................................................................9

1.1. Обзор гравитационных аппаратов для обогащения золото-содержащего сырья......................................................................................................11

1.2. Флотация золота......................................................................28

1.3. Комбинированные методы обогащения МТЗ...................................33

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПО ИЗВЛЕЧЕНИЮ МЕЛКИХ И ТОНКИХ КЛАССОВ ЗОЛОТА...............................................................................38

2.1. Магнитно-флокуляционная концентрация золота мелких и тонких классов...................................................................................................38

2.2. Извлечение мелкого и тонкого золота из отвальных продуктов золотодобычи на сегрегационно-диффузионном концентраторе...........................45

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕСОВ СЕПАРАЦИОННОГО МАССОПЕРЕНОСА В УСЛОВИХ ТУРБОЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ И СЕГРЕГАЦИИ ЧАСТИЦ ПО ПЛОТНОСТИ В ВИБРАЦИОННО-ГРАВИТАЦИОННОМ КОНЦЕНТРАТОРЕ..................................................................................47

3.1. Динамика осаждения зерен различной плотности в вибрационно-гравитационном концентраторе (ВГК)............................................................47

3.2. Осаждение частиц в горизонтальном потоке жидкости.....................50

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ АППАРАТА ДЛЯ

ВИБРАЩОННО-ГРАВИТАЦИОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ..............................59

4.1. Принцип действия и анализ технологических возможностей процесса вибрационно-гравитационной концентрации.............................................................59

4.2.Разработка конструкций аппарата для вибрационно-сегрегационного извлечения...............................................................................................63

ГЛАВА 5.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ КОНЦЕНТРАТОРА И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЕГО ВНЕДРЕНИЮ В ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МТЗ.............................................67

5.1. Результаты проведенных исследований на искусственных смесях...............67

5.2. Выбор проб для исследований и их гранулометрические, минералогические и структурно-механические характеристики.................................................................71

ГЛАВА 6.ТЕХНОЛОГИЯ ОБОГАЩЕНИЯ ТОНКОГО И МЕЖОГО ЗОЛОТА.................................................................................................81

6.1. Экспериментальное исследование процессов извлечения тонкого золота в концентраторах, использующих комбинации физических полей...................................81

6.2. Технологическая схема обогащения продуктов россыпной золотодобычи с применением процесса вибрационно-гравитационной концентрации МТЗ...............84

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................................................90

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..................................................92

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Анализ развития добычи и разведки золота за последние 25 лет показывает, что активно проявляются тенденции на увеличение производства золота. В настоящее время доизвлечение из хвостов обогащения мелкого и тонкого золота (МТЗ) очень рентабельно, поскольку за последние пять лет цена на золото выросла в три раза. Месторождения

содержащие МТЗ, являются новым видом сырья, для которого эффективной схемы обогащения не существует. Поэтому необходимо переходить к новым процессам и аппаратам, которые позволяют извлекать драгметаллы мелких и тонких классов крупности и к новым экологически безопасным технологиям.

В работе рассмотрены гравитационные, гидромеханические, магнито-гравитационные, флотационные, центробежные и комбинированные методы извлечения тонких классов.

На основе теоретических и экспериментальных исследований автором предлагается новый вибрационно-гравитационный метод извлечения мелких и тонких классов крупности (МТЗ) из отвальных продуктов и продуктов шлиходоводочных операций.

Цель работы - разработка эффективного способа и устройства, для максимально полного извлечения мелкого и тонкого золота из хвостов шлиходоводки на основе вибрационно-гравитационной концентрации.

Идея работы заключается в создании оптимальных гидродинамических условий для сегрегации золотосодержащих частиц по плотности и крупности в горизонтальном кольцевом зазоре, расходящемся от центральной точки питания при наложении восходящего потока воды и вертикальных вибраций для повышения извлечения МТЗ.

Задачи исследования:

• Установит закономерности процесса сегрегационной перколяции частиц золота в горизонтальных массопотоках, подверженных вертикальным вибрациям и подачей снизу воды.

• Разработать математическую модель процессов, происходящих на вертикальном, горизонтальном и вибрационно-промывочном участке концентратора.

• Создать опытную конструкцию вибрационно-гравитационного концентратора на основе его математической модели.

• Экспериментально оценить технологические и технико-экономические возможности практического применения вибрационно-гравитационного концентратора.

Методы исследований:

• химические, гравитационные, магнитные методы анализа исходных материалов и продуктов разделения;

• математическое моделирование процесса сепарации в лабораторных условиях;

• анализ результатов, полученных в ходе лабораторных испытаний с использованием компьютерной обработки в современных программах типа 81айзйса, 8оНс1\¥огк8, АшуБ и др.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

1. Разработан процесс и установлен механизм извлечения мелкого и тонкого золота с использованием вибросегрегационной сепарации в условиях турбулентной диффузии частиц разной крупности и плотности при последовательном вертикальном, криволинейном, а затем и горизонтальном расширяющемся движении слоя исходного продукта в поле движущих гравитационных и вибрационных сил.

2. Разработана математическая модель процесса вибрационно-гравитационной концентрации мелкого и тонкого золота, состоящая из уравнений динамики движения частиц под действием гидростатических, гидродинамических и вибрационных сил при вертикальном, криволинейном и расширяющемся горизонтальном движении пульпы из частиц минералов в заданном интервале соотношений их размеров и плотности.

3. Установлены закономерности процесса вибросепарации и предложена новая конструкция лабораторного вибрационно-гравитационного концентратора отличающееся тем, что на нижней поверхности рабочего пространства выполнены углубления для концентрации тяжелой фракции, а дно углублений, имеет перфорационные отверстия для подачи разрыхляющей воды, обеспечивающие турбулентную диффузию частиц разной крупности и плотности в процессе сепарации.

4. Разработана технология доизвлечения МТЗ из отвальных продуктов золотодобычи при шлиходоводке на основе процесса вибрационно-гравитационной концентрации, включающая операции грохочения, концентрации на шлюзе мелкого наполнения, сушку, магнитную сепарацию, электромагнитную сепарацию, феррогидростатическую сепарацию и вибрационно-гравитационную концентрацию хвостов ФГС.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждаются:

1. аналитическими и экспериментальными исследованиями, проведенными в лабораторных, полупромышленных и промышленных условиях;

2. многократным дублированием основных экспериментов, усреднением экспериментальных данных, использованием теории вероятностей и математической статистики;

3. сходимостью разработанных конструктивных и технологических параметров вибрационно-гравитационного концентратора, полученных аналитическим методом, с данными практики, расхождение между которыми не превышает 15%;

4. сопоставлением расчетных значений, полученных из аналитических зависимостей, с экспериментальными данными, которое показало, что расхождение между ними укладывается в доверительный интервал с вероятностью 0,90.

Научное и практическое значение работы.

1. Установленные механизм и закономерности процесса вибрационно-гравитационной концентрации (ВГ-концентрации) развивают теорию гравитационного обогащения золотосодержащих продуктов в криволинейном и горизонтальном потоках

2. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан процесс и аппарат вибрационно-гравитационной концентрации для извлечения МТЗ из шлихов и отвальных продуктов. Разработана конструкция вибрационно-гравитационного концентратора (ВГК) и опробована в лабораторных условиях на промпродукте и хвостах золотосодержащих руд. Показано, что применение технологической схемы доводки шлихового продукта повышает извлечение золота на 0,55%. Подана заявка на патентование изобретения № 201214176.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на научных конференциях «Неделя горняка» в 2011 и 2013 гг., «Конгресс обогатителей стран СНГ», 2013г, на семинарах кафедры «Обогащение полезных ископаемых» ФБОУ ВПО МГГУ(2011-2013гг).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 работ, из них 3 - в изданиях, входящих в список, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 78 наименований, содержит 33 рисунков и 8 таблиц.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕЛКОГО И ТОНКОГО ЗОЛОТА

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 тонкого золота (МТЗ), которое считается весьма труднообогатимым, так как почти не извлекается традиционными технологиями.

В решении проблем, связанных с извлечением мелкого и тонкого золота из хвостов отвальных и шлиховых продуктов большой вклад внесли выдающие ученые: В.И. Тихонов, В.В. Кармазин, A.A. Абрамов, В.А. Чантурия, В.П. Мязин, В.А, Бочаров, В.П. Небера, А.Б. Солоденко, Л.С. Стрижко, А.И. Романчук, Н.И. Закиева, Г.В. Седельникова, С.Б. Татауров, О.И. Рыбакова, И.И. Ковлеков, Р.И. Исаков, A.A. Ковалев, В.А. Измалков и другие ученые и специалисты.

В наше время увеличение запасов россыпных месторождений золота в основном производится за счет мелких по запасам участков. Об этом свидетельствует структура разведанных запасов, где все большую долю за последние годы составили сначала средние, затем мелкие месторождения. Данные Роскомдрагмета и ЦНИГРИ свидетельствуют, что около 40% россыпного золота в стране сосредоточено в месторождениях с запасами золота до 1 т при его содержании до 300 мг/м3. В Якутии (Республика Саха) разведано в настоящее время больше 2500 месторождений такого рода. Запасы золота на Дальнем Востоке также относятся к малообъемным россыпям, о чем свидетельствуют данные ЦГД ДВО РАН. Можно охарактеризовать эти запасы золота в кондиционных россыпях следующими показателями: по Амурской области -

256 мг/мЗ, по Хабаровскому краю - 185 мг/мЗ, по Приморскому краю - 91 мг/мЗ, а в забалансовых россыпях от 50 до 100 мг/мЗ.

Техногенные образования представляют собой искусственные скопления минеральных веществ, разработка которых является экономически выгодной. Появление техногенных образований вызвано непрерывным увеличением объемов горного производства. За десятки лет добычи образовалась огромная масса отходов в виде отвалов и хвостохранилищ. В них содержится определенное количество ценных продуктов. Их можно отнести к разряду неизбежных потерь в связи с несовершенством техники и технологии.

Из-за неуклонного снижения минимального промышленного содержания золота в настоящее время эти техногенные образования представляют резерв для восполнения золотосодержащей сырьевой базы. В 1933 г. М.Г. Кожевников, занимаясь изучением старых золотоносных отвалов, предложил рассматривать их как «своеобразные месторождения золота», а в настоящее время такие отвалы уже переработаны иногда по нескольку раз.

В настоящее время, когда богатые россыпи с крупным золотом уже отработаны, а поиски новых месторождений не приносят видимых результатов из-за снижения объемов геологоразведочных работ, половина балансовых запасов россыпного золота России имеет повышенное содержание МТЗ. По данным Иргиредмета, содержание мелкого и тонкого золота Якутии и Восточной Сибири составляет в среднем 40-60%, иногда достигает 80-90%.

Основным источником золотодобычи в России были в прошлые века и остаются в настоящее время россыпные месторождения, отрабатываемые открытым способом и обогащаемые по примитивной промывочно-гравитационной технологии с большими потерями [20, 38].

Содержание золота в песках на ранних этапах золотодобычи в ХУП-Х1Х вв. составляло десятки грамм на кубометр песков. Это было, в основном, крупное, размером от нескольких миллиметров до сантиметра и более, самородное золото, обогащаемое в примитивных шлюзах, что являлось высокорентабельным даже при небольших объемах переработки. Мелкое золото, естественно, терялось в хвостах и собиралась в отвалах, образуя техногенные месторождения, содержащие несколько грамм золота на 1м3 песков. Такие отвалы в последствии неоднократно перерабатывались по все более совершенным технологиям, и в настоящее время иногда перерабатывают отвалы с содержанием золота 0,5 г/м3 и даже ниже [20].

1.1. Обзор гравитационных аппаратов для обогащения золотосодержащего сырья Для обогащения золота из россыпных месторождений в основном применяются две базовые гравитационные схемы обогащения - шлюзовая и отсадочная.

Шлюзы обеспечивают высокую производительность, достаточно высокую степень концентрации. Как простые обогатительные устройства шлюзы были хорошо известны уже несколько тысячелетий. Впервые их разновидности описал Агрикола, в своем труде «О горном деле и металлургии» [2], вышедшем в 1556г. и не утратившим своего значения до сих пор. В целом добыча золота из россыпных месторождений с применением шлюзовой технологии достигает 80%. Немаловажными факторами являются технологическая надежность, транспортабельность и простота обслуживания. Развитие шлюзовой технологии путем внедрения шлюзов с непрерывной разгрузкой концентрата, более качественной подготовкой и развитой схемой разделения продуктов обогащения может поставить под сомнения неоспоримые преимущества отсадочной технологии.

Наиболее широкое применение применяемыми для обогащения золотоносных песков, получили шлюзы различных конструкций, с высокой производительностью и с большей степенью концентрации и являются наиболее экономичными при обогащении песков с небольшим содержанием золота. На шлюзах могут обогащаться неклассифицированные пески крупностью - 100 мм. В зависимости от крупности обогащаемого материала шлюзы подразделяют на шлюзы глубокого наполнения (для материала - 100 + 50 мм), и шлюзы мелкого накопления или подшлюзики (для материала меньше 16 мм). В шлюзах глубокого наполнения для улавливания устанавливают металлические трафареты, под которыми находятся резиновые или плетеные коврики. В шлюзах мелкого накопления (рис 1.1) устанавливают жесткие металлические или мягкие покрытия в виде ковриков из рифленой резины, сукна. Большое значение при извлечении золота на шлюзах имеют: уклон желоба, скорость потока, характер трафаретов, гранулометрический состав, наличие тяжелых минералов, а так же частота сполоска [21].

Зерна обогащаемого материала, двигаясь по постели, находятся или во взвешенном состоянии и в этом случае не обогащаются, или в природной части потока, перекатываясь и скользя по верхнему слою шероховатой постели. Часть зерен сальтирует. Вид движения зерен при заданных параметрах потока определяется их размером и плотностью. Крупные зерна тяжелых и легких минералов не требует для своего разделения образования постели на дне шлюза. Они разделяются по закону равноскоростности.

В связи с тем, что основным аппаратом россыпной золотодобычи, является гидравлический шлюз, следует оценить возможности извлечения в нем мелких частиц. Для такого извлечения необходимо, чтобы время осаждения частицы не превышало времени ее пребывания в шлюзе:

h L h L

toc^V toc =—, a t =-,, т.е. — > —. (1.1)

u0 итр °o Цр

где toc - врем осаждения, Ц, - врем трения, h - высота слоя, ъ-ф - скорость трения, d0 - нулевая скорость, L - длина шлюза.

Для выполнения этого услов