автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Использование центробежных полей для интенсификации гравитационного процесса извлечения мелкого золота

с ' ' ' < : - '

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

Карунин Сергей Борисович

Использование центробежных полей для интенсификации гравитационного процесса извлечения мелкого золота .

Специальность 05.15.11 .-"Физические процессы горного производства"

диссертация на соискание ученой степени кандитата технических наук

Научный руководитель Профессор С.Я.Горюшкина

МОСКВА 1999 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................4-14

1.Анализ существующих аппаратов центробежного принципа

действия ...............................................................................15-18

1.1 .Центробежные аппараты напорного типа....................18-19

1.1.1 .Концентраторы циклонного типа..............................19-30

1.1.2.Спиральные концентраторы.......................................31-33

1.2.Центробежные безнапорные аппараты.........................33-36

1.2.1 .Аппараты периодического действия..........................36-43

1.2.2. Аппараты непрерывного действия.............................44-63

1.2.3.Вращающиеся трубы...................................................63-66

Выводы....................................................................................66

2.Теоретическое обоснование основных принципов и методов расчета сил действующих на минеральные частицы во вращающемся центробежном сепараторе безнапорного

типа.........................................................................................67

2.1. Исследование гидродинамики потока минеральной суспензии и условий концентрации золота во вращающемся

центробежном сепараторе..................................................67-77

2.2.Основы теории расчета центробежных и гравитационных сил, действующих на минеральную частицу во вращающемся

центробежном сепараторе..................................................77-90

2.3.Основы теории расчета конечных скоростей движения минеральных частиц во вращающемся центробежном

сепараторе...........................................................................90-98

Выводы..............................................................................99-100

3.Экспериментальные исследования влияния различных

факторов на извлечение золота...........................................101

3.1.Зависимость извлечения золота от его круп-

ности.................................................................................101-106

3.2.Исследование влияния выхода тяжелой фракции на

извлечение золота............................................................106-113

Выводы................................................................................113

4.Применение обогатительного модуля типа ПРО-2 в комплекте с промывочным прибором ПБШ-40 при извлечении мелкого золота............................................................114

4.1.Особенности обогащения песков в центробежных безнапорных аппаратах............................................................114-117

4.2. Предварительное обогащение песков на промывочном приборе ПБШ-40.............................................................117-122

4.3.Извлечение мелкого золота на обогатительном модуле

ПРО-2...............................................................................122-124

Выводы.............................................................................124-125

Заключение.......................................................................126-127

Список использованной литературы...............................128-135

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время одним из важных направлений научно-технического прогресса является вопрос повышения полноты и комлексности использования рудного сырья.

Гравитационные методы обогащения, точнее гидравлическое и пневматическое обогащение, применяются для обработки полезных ископаемых с целью получения из них продуктов, обладающих определенными свойствами (качествами) и удовлетворяющих требованиям, предъявляемым различными отраслями промышленности (топливной, черной и цветной металлургии, химической, строительных материалов и др.) - потребителями минерального сырья [42].

При гравитационном обогащении для разделения смеси минеральных зерен используется различие их по плотности. Это дает также возможность разделения и по гидравлической крупности минералов. Оно осуществляется с помощью динамического воздействия среды - воды и воздуха[1].

В зависимости от того, происходит ли процесс в водной или воздушной среде, обогащение можно называть гидравлическим или пневматическим. Динамическое воздействие среды играет весьма важную роль в гравитационных процессах обогащения, так как оно создает определенные условия для движения и взаимного перемещения минеральных зерен, следствием чего и является разделение зерен по плотности или по гидравлической крупности. Поэтому основными законами, действующими при гравитационных процессах обогащения, следует считать законы сопротивления среды движению находящегося в нем тела, т.е. законы гидро-и аэродинамики. В зависимости от общности законов гидро- и аэродинамики принципы

гидравлического и пневматического обогащения одинаковы [2,42]. В этом же отношении гравитационное обогащение близко стоит к гидравлическому транспорту, некоторым разделам гидротехники, сепарации продуктов сельского хозяйства и т.д.

Полезное ископаемое должно представлять сыпучую массу, состоящую из отдельных минеральных зерен, поэтому предварительно оно подготовляется путем дробления, измельчения или вообще дезинтеграции.

Гравитационные методы обогащения имеют весьма широкое распространение и применяются в самых разнообразных отраслях горонодобыващей промышленности. В особенности они получили развитие в области обогащения каменного угля, руд черных металлов (железа и марганца), многих руд редких металлов (вольфрамовых, ториевых, оловянных и т.п.), россыпных месторождений золота, платины и т.д. Гравитационные методы применяются затем для обработки неметаллических ископаемых (асбеста, каолина, мела и др.); наконец, в области обогащения руд цветных металлов (меди, цинка, свинца), которые обогащаются преимущественно методом флотации, также находят применение некоторые методы гравитационного обогащения.

С развитием горного дела и металлургии совершенствуется и техника обогащения. Например уже в начале XIV и XV вв. можно встретить машины и аппараты, которые применяются для извлечения полезного компонента с помощью гравитационных методов обогащения.

Особенно высокого уровня методы гравитационного обогащения достигают в конце XIX и начале XX вв., когда до

введения флотации и других способов обогащения они являлись единственными методами и применялись при обработке любых полезных ископаемых. Это развитие и совершенствование не прекращается и в наше время и идет по двум направлениям конструирования и рационализации и развития схем, благодаря чему появляются все новые типы машин и аппаратов; обогащением охватывается все более широкий круг полезных ископаемых.

Теория гравитационных методов обогащения начала разрабатываться в первой половине XIX века. Её основоположником считается П.Риттингер, который предложил уравнения движения падающего в воде тела для объяснения явлений отсадки - разделения минеральных зерен по удельному весу в восходящей струе воды. Собственно говоря, изучением сопротивления и давления струи на шар занимался уже Ньютон, впервые определивший и экспериментально проверивший закон динамического сопротивления движущегося в жидкости шара. Работа английского физика Стокса расширила представление о видах сопротивления, возникающего вследствие учета вязкости жидкости. Более поздние исследования различных ученых показали, что между законами Ньютона и Стокса существует непрерывная связь, и сейчас они сведены в одну общую форму, учитывающую как гидродинамическое, так и гидростатическое сопротивление вследствие вязкости среды.

Следуя торетическим положениям, впервые приложенным Риттингером к гравитационным процессам обогащения, научное обоснование последних базировалась и вдальнейшем на исследовании законов падения тела в среде. Риттингер и другие рассматривали процессы обогащения с точки зрения

движения изолированного тела в неограниченной среде, тогда как на самом деле минеральные зерна движутся совместно в большом количестве и в ограниченном пространстве: это обстоятельство весьма резко отражается на движении каждого из зерен в отдельности. Поэтому теория гравитационных методов обогащения не только оставалась отвлеченной и никак не увязывалась с действительностью, но даже в известной степени тормозила развитие техники. Впервые на это обратил внимание Монро(1888), затем Р.Ричарде (1908) и др., которые пытались разрешить важнейшую проблему гравитационного обогащения - совместного движения массы минеральных зерен известную под названием стесненного падения.

В конце XIX века русские ученые Г.Я. Дорошенко, С.Г. Войслав, И.А. Корзухин и В.А.Гуськов развили теорию движения минеральных зерен в воде применительно к гравитационным методам обогащения. Впоследствии профессор Г.О.Чечот (Механобр) разработал теоретические основы гидравлической классификации.

В 40-ые годы профессор П.В.Лященко создал первый учебник "Гравитационные методы обогащения полезных ископаемых", в которых сформулировал основы теории гравитационных процессов.

В 50-ые годы в Московском горном институте под руководством профессора И.М.Верховского выполнены теоретические работы в области гидродинамики и кинетики расслоения минеральных зерен в процессе отсадки и обогащения в минеральных суспензиях. Значительный вклад в теорию гравитационных процессов обогащения внесли

И.Н.Плаксин, В.И. Классен, М.Г.Акопов, Я.И.Фомин, М.Д.Минц, М.В.Циперович.

В настоящее время выполняются крупные теоретические исследования гравитационных методов обогащения под руководством Н.Н.Виноградова, Л.С.Зарубина, А.И.Пова-рова, Б.В.Кизевальтера, В.И.Ревнивцева, Г.Д.Краснова, Э.Э. Рафалеса-Ламарка, М.Д. Барского.

Выяснению закономерностей движения сред посвящено большое число работ зарубежных ученых: Р.Ричардса (1907г.); А.Эйнштейна (1920 г.); А.Херста и Р.Ханкока (1937 г.); а также М.Дриссена, Г.Тарьяна, Е.Херкенкофа, Е.Лилджа, Ф.Брина и других.

Сегодня особенно в связи со значительным обеднением перерабатываемого сырья и, следовательно, возросшими объемами его переработки большую актуальность приобретают интенсификация и дальнейшее

совершенствование гравитационного обогащения, применяемого как самостоятельно, так и в сочетании с другими процессами (флотацией, гидрометаллургией и др.).

Широкое применение имеет гравитационное обогащение оловосодержащих руд и россыпей. Однако эффективность его довольно низкая - извлечение олова достигает 50-80 %. Резервы повышения эффективности увязываются и в этом случае с большим извлечением олова из мелких классов [43,52,54].

Использование гравитации среди других видов обогащения, например, при добыче золота из различного минерального сырья в разных странах мира характеризуется следующими данными в %: при обогащении песков 100%;

при переработке золотосодержащих руд 20-25%; при попутном извлечении из полиметаллических руд 15-20% [14].

В связи с вовлечением в переработку россыпных месторождений, содержащих мелкодисперсное золото, неизвлекаемое традиционными способами и аппаратами (морские, прибрежно-морские, древние, техногенные россыпи, текущие хвосты обогащения и др.), значение обогащения гравитацией возрастает [20].

Гравитационное выделение золота в начале

технологической цепочки процесса на рудных золотоизвлекательных фабриках обеспечивает снижение его потерь с хвостами на 3-5% и получение богатых золотосодержащих концентратов [44].

Наиболее апробированный путь повышения извлечения металлов заключается в использовании гравитационных аппаратов на ранних стадиях обогащения [26].

Эффективность гравитационного обогащения зависит от крупности обогащаемых материалов. Традиционные аппараты удовлетворительно извлекают в потоке лишь зерна золота крупнее 0,20-0,25 мм. Мелкое же золото, особенно - 0,10 мм, содержание которого в обогащаемом сырье растет, извлекается ими неудовлетворительно [44].

Гравитационнное обогащение тонкозернистых материалов в обычных условиях неизбежно связано с низкой эффективностью и малой производительностью используемого аппарата. Малая масса разделяемых мелких зерен обуславливает проведение процессов гравитационного обогащения при небольших скоростях потоков и отсутствии турбулентного их перемешивания [38,42].

Обогащение золотосодержащих руд и песков осложняется к тому же и неблагоприятной пластинчатой формой зерен золота. Несмотря на сохраняющуюся высокой разницу в плотностях золота и минералов породы, гравитационное обогащение подобных материалов иногда становится вообще невозможным. Трудности извлечения мелкого золота из россыпей послужили в свое время основанием для ложного утверждения, что мелкого золота в песках нет или сдержание его столь незначительно, что извлечение невыгодно [23]. Однако работами последних лет установлено, что большое число россыпных месторождений все же имеет мелкое золото и содержание его достигает сотен миллиграммов на метр кубический исходных песков. Переработка таких россыпей с достаточно высоким содержанием мелкого золота в песках традиционными методами шлюзования и отсадки не соответствует современным принципам хозяйствования и приводит к снижению темпов золотодобычи и существенному удорожанию металла [38,48].

Основная причина низкого гравитационного извлечения зерен мелких классов - высокая турбулентность несущих потоков в аппаратах, приводящая к тому, что мелкие зерна начинают двигаться в потоке во взвешенном состоянии , не осаждаясь на улавливающие придонные устройства.

С ростом интенсивности силового поля скорости осаждения всех зерен в потоке увеличиваются, т.е. резко возрастает производительность аппаратов.

Необходимое условие центробежного обогащения рудных материалов в водной среде - наличие транспортного

(смывного) потока в направлении, не совпадающем с вектором силы центробежного поля.

При отсутствии смывного потока, также в том случае, если направление потока совпадает с вектором поля, разделение материала по плотности практически не происходит.

Создание центробежного поля в центробежных обогатительных аппаратах ( концентраторах и сепараторах ) принципиально может осуществляться двумя путями:

- тангенциальной подачей потока под давлением в закрытый (или открытый ) неподвижный цилиндрический (конический или иной формы ) сосуд - что характерно для гидроциклонов;

- закручиванием свободно подаваемого потока - стенкой вращающегося сосуда или вращающейся мешалкой внутри его - что характерно для центробежных сепараторов.

Эффективность разделения зерен по плотности во вращающемся потоке зависит от основных параметров: угловой скорости вращения (тангенциальной скорости вращающегося потока ); гидравлической крупности разделяемых зерен; скорости осевого ( продольного ) перемещения потока [45].

При большой интенсивности центробежного поля и малых осевых скоростях потока процесс переходит в режим осаждения и обогащения материала по плотности при этом прекращается. При высокой осевой скорости потока обогащение также нарушается из-за высокой транспортной способности потока (все зерна взвешиваются).

За последние 15-20 лет, когда проблема глубокого гравитационного обогащения материалов вновь стала

актуальной (и в первую очередь из-за экономических и экологических аспектов), в России и за рубежом появились десятки новых конструкций центробежных концентраторов как напорного , так и безнапорного типа.

В настоящее время на обогатительных фабриках используются центробежные концентраторы циклонного типа при обогащении углей, руд редких и благородных металлов и попутном извлечении благородных металлов из полиметаллических руд; центробежные сепараторы (центробежные концентраторы типа центрифуг) при обогащении песков золотосодержащих россыпей, вольфрам-и оловосодержащих руд, а также при переработке хвостов обогащения.

Актуальной задачей оказывается попутное извлечение золота из песчано-галечных отложений (в золотоносных районах) при производстве строительных материалов , песка, щебня, гравия. Подобные материалы характеризуются низким содержанием золота и малыми размерами его зерен (преимущественно -0,2 мм). Традиционные способы улавливания золота из таких материалов на шлюзах, винтовых сепараторах и других сепараторах обеспечивают извлечение на уровне 60 % [44]. Включение в технологическую схему промышленной установки центробежных сепараторов, по данным С.Я.Горюшкиной и В.П.Небера, обеспечило не только резкое повышение (до 95%) извлечение золота, но и сократило объемы доводочных операций, поскольку степень сокращена материала в центробежных сепараторах достигала 120 ООО раз.

Исходя из вышеизложенного можно определить актуальность данной работы, идею и задачи.

Актуальность: в настоящее время в связи со значительным обеднением перерабатываемого сырья и возросшими объемами его переработки наибольшее распространение получает гравитационный способ обогащения как один из высокопроизводительных, дешевых и экологически чистых,