автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Комплексная оценка и утилизация золотосодержащих амальгам техногенных месторождений

кандидата технических наук
Татауров, Сергей Борисович
город
Чита
год
1999
специальность ВАК РФ
05.15.11
цена
450 рублей
Диссертация по разработке полезных ископаемых на тему «Комплексная оценка и утилизация золотосодержащих амальгам техногенных месторождений»

Текст работы Татауров, Сергей Борисович, диссертация по теме Физические процессы горного производства

ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Татауров Сергей Борисович

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА И УТИЛИЗАЦИЯ. ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ АМАЛЬГАМ ТЕХНОГЕННЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 05. 15. 11 - «Физические процессы горного

производства»

Диссертация, представленная на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - д.т.н., профессор Мязин В.П. Научный консультант - д.г.-м. н., профессор Наркелюн Л.Ф.

ЧИТА 1999

-2- ,

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................. 5

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕЙ АМАЛЬГАМЫ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

РУД И РОССЫПЕЙ.................................................................... 13

1 Л. Характеристика техногенных месторождений золота

пораженных ртутью............................................................... 13

1.2.Условия образования и уровень изученности физико-химических свойств золотосодержащей амальгамы техногенных месторождений РФ....................................... 20

1.3.Анализ существующей техники и технологии утилизации золотосодержащих амальгам техногенных месторождений...................................................................... 28

1.4.Цели и задачи исследования................................................. 41

ГЛАВА 2 ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ФОРМ РТУТИ И

ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ АМАЛЬГАМ В ПРОЦЕССЕ ОБРАЗОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.. 43

2.1. Эколого-геохимические исследования техногенных месторождений золота пораженных ртутью....................... 43

2.2. Особенности строения и состава золотосодержащих амальгам техногенных месторождений............................... 5 ^

2.3. Возможный механизм образования цианида ртути при применении метода кучного выщелачивания на техногенных месторождениях золота.................................. 57

2.4. Выводы по главе.............................. .................. 59

ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ЭКОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ АМАЛЬГАМ И МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РТУТИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ..........................................................................................................................61

3.1. Анализ геолого-технологической документации и данных технологического опробования минерального сырья техногенных месторождений..............................................................................................62

3.2. Проведение поисковых работ аномальных зон с применением газортутного метода................................'...... 62

3.3. Эколого-геохимическое опробование техногенных месторождений ранее пораженных ртутью......................... 65

3.4. Технологическое опробование..........................................................................................^

3.5. Минералогическая и физико-химическая оценка золотосодержащих амальгам и металлической ртути техногенных месторождений..............................................................................................76

3.6. Выводы по главе...................................................................

ГЛАВА 4 КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ

АМАЛЬГАМ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ЧИТИНСКОЙ ОБЛАСТИ......................................................................................................................85

4.1. Объекты и методы исследования................................................................................85

4.2. Исследование минералогических особенностей золотосодержащих амальгам техногенных месторождений Читинской области..................................... ^

4.3. Изучение физико-химических свойств золотосодержащих амальгам Читинской области...............................................

4.4. Возможный механизм образования системы «золото-

93

ртуть-железо» в процессе внутренней амальгамации......... ^

4.5. Выводы по главе................................................................... 108

ГЛАВА 5 ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И

ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕЙ АМАЛЬГАМЫ И МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ

РТУТИ........................................................................................... 110

5.1. Обоснование технических параметров и проектирование ворсистого поверхностно-активного модульного устройства используемого в процессе переработки техногенных россыпных месторождений............................ 110

5.2. Опытно-промышленные испытания противоточного ворсистого поверхностно-активного модульного устройства для утилизации золотосодержащей амальгамы и металлической ртути....................................... 117

5.3. Построение технологических линий для утилизации золотосодержащих амальгам и металлической ртути техногенных месторождений............................................... 122

5.4. Природоохранные мероприятия на территориях пораженных ртутью.............................................................. 130

5.5. Эколого-экономическое обоснование применения технологии утилизации золотосодержащих амальгам с использованием модульного устройства............................. 133

5.6. Выводы по главе................................................................... 135

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ............................................ ш

ЛИТЕРАТУРА........................................................................................ 140

ПРИЛОЖЕНИЕ А................................................................................... 158

ПРИЛОЖЕНИЕ Б.................................................................................... 163

ПРИЛОЖЕНИЕ В.................................................................................... 164

ПРИЛОЖЕНИЕ Г.................................................................................... 168

-5- -

Введение

Актуальность работы. Снижение объемов добычи золота в России за последние годы требует вовлечения в отработку легкоосваиваемых россыпных месторождений. При этом прослеживается четкая тенденция увеличения сырьевой базы россыпной золотодобычи прежде всего за счет вовлечения в переработку техногенных месторождений, в которых накоплено значительное количество высокотоксичных продуктов в виде золотосодержащей амальгамы и металлической ртути (от 0,2 до 5,0 г/т).

Характерно, что накопленная золотосодержащая амальгама и металлическая ртуть в техногенных месторождениях претерпели существенные изменения физико-химических свойств. В этой связи существующие традиционные методы обогащения песков не позволяют эффективно извлекать золотосодержащую амальгаму и металлическую ртуть. Потери золота и ртути в амальгаме достигают, по данным практики, до нескольких десятков грамм в сутки.

Поэтому для решения проблемы утилизации золотосодержащих амальгам и металлической ртути при переработке техногенных месторождений должны быть использованы последние достижения науки и техники, основанные на применении комплекса физических и физико-химических методов, позволяющих создавать малоотходные ресурсосберегающие технологические схемы.

Решение актуальной научно-практической задачи по разработке и созданию технических средств для утилизации золотосодержащих амальгам техногенных месторождений в настоящее время сдерживается слабой изученностью эколого-геохимических, физико-химических свойств системы «золото-ртуть-минеральные примеси» и отсутствием эффективных

технических решений по её утилизации из техногенных золотосодержащих месторождений.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Комплексными программами МинВУЗа РФ «Энерго- и ресурсосберегающие технологии в металлургии» и «Технологии экологического прогнозирования, мониторинга и рационального природопользования» в составе раздела «Экологически чистое горное производство». Работа вызвана возникшей потребностью расширения минерально-сырьевой базы за счет вовлечения в эксплуатацию техногенных месторождений Забайкалья с необходимостью решения экологических проблем, возникающих в процессе их отработки.

Цель_работы. Разработать экологически безопасную

ресурсосберегающую технологию утилизации золотосодержащей амальгамы и металлической ртути из техногенных месторождений в процессе ведения горных работ.

Основная идея работы заключается в комплексной физико-химической и технологической оценке золотосодержащих амальгам и металлической ртути как системы «золото-ртуть-минеральные примеси», образованной при переработке металлоносных песков с использованием амальгамационных технологий.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- разработана методика эколого-технологической оценки золотосодержащих амальгам и металлической ртути на основе использования геохимических и технологических методов исследования;

- проведена физико-химическая и технологическая оценка золотосодержащих амальгам в системе «золото-ртуть-минеральные примеси» техногенных месторождений Читинской области и выявлены их характерные свойства: агрегатное состояние, плотность, смачивание, магнитная

восприимчивость, электропроводность при различных соотношениях компонентов в системе «золото-ртуть-минеральные примеси»;

- разработаны методические рекомендации по аппаратурной компоновке технологических схем с целью утилизации золотосодержащих амальгам и металлической ртути из техногенных месторождений;

- проведена опытно-промышленная апробация комбинированной технологии утилизации золото- и ртутьсодержащих продуктов из техногенных месторождений. Выполнена комплексная эколого-экономическая оценка эффективности разработанной технологии на объектах россыпной золотодобычи.

Методы исследований. При выполнении диссертационной работы были проведены аналитические и экспериментальные исследования золотосодержащих амальгам и техногенного минерального сырья: минералогический и пробирный анализы; оптическая микроскопия; фотограмметрия; измерения удельной магнитной восприимчивости в неоднородном магнитном поле высокой напряженности (метод Гуи); измерения краевого угла смачивания при проектировании капли амальгамы на экран (метод Ребиндера); электрофизические методы измерения термоэдс, теплопроводности. Проделана математическая обработка данных с использованием современных методов статистического анализа и программных средств ЭВМ.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Разработана комплексная методика физико-химической и эколого-технологической оценки золотосодержащих амальгам и металлической ртути техногенных месторождений. Эта методика, в отличие от ранее полученных закономерностей в системе «золото-ртуть», также учитывает влияние вмещающих примесей в системе «золото-ртуть-минеральные примеси».

2. Предложено в качестве критерия оценки системы «золото-ртуть-минеральные примеси» использовать магнитную восприимчивость, позволяющую вскрыть закономерности изменения магнитных свойств системы с учетом особенностей оксидов и гидроксидов железа. На этой основе предложена рабочая гипотеза, позволяющая дать оценку системе «золото-ртуть-железо» с позиции изменения магнитной восприимчивости золотосодержащих амальгам в процессе внутренней амальгамации.

3. Разработаны методические принципы построения экологически безопасных ресурсосберегающих комбинированных технологических схем утилизации золотосодержащих амальгам из техногенных месторождений в виде отдельных модулей. Предложено аппаратурное оформление для их реализации, которое отличается от традиционных технологий обогащения техногенных россыпей наличием последовательно установленных магнитных сепараторов с низкой (80 - 120 кА/м) и высокой (800 - 1600 кА/м) напряженностями, а также электростатической сепарацией и термической обработкой амальгам для выделения золота и ртути.

Научная новизна.

1. Разработаны методические основы эколого-технологической оценки золотосодержащих амальгам техногенных месторождений, позволяющие выявить характерные участки ртутного загрязнения и научно обосновано подойти к разработке технологических схем утилизации высокотоксичных ртутьсодержащих продуктов.

2. Выявлено три характерных типа золотосодержащих амальгам (жидкая, полужидкая и твердая) на техногенных месторождениях Читинской области, позволяющих учесть особенности физико-химических и технологических свойств гетерогенных систем «золото-ртуть-минеральные примеси» с целью дальнейшей их утилизации. Соотношение

золотосодержащих амальгам по разновидности агрегатных состояний (твердая, полужидкая и жидкая) составляет 1-0,37-0,15.

3. Для научно обоснованного построения экологически безопасных технологических схем переработки металлоносных песков и повышения эффективности методов утилизации золотосодержащих амальгам предложено кроме ранее известных технологических свойств (плотность и смачивание) дополнительно учитывать магнитную восприимчивость, электропроводность и теплопроводность гетерогенной системы «золото-ртуть-минеральные примеси».

4. Подтверждены ранее установленные изменения удельной магнитной восприимчивости от объемной концентрации магнитных минералов (проф. В.В. Кармазин) и краевого угла смачивания в системе «золото-ртуть» (проф. И.Н. Плаксин) на гетерогенных системах «золото-ртуть-минеральные примеси» техногенных месторождений.

5. Установлена прямолинейная зависимость удельной магнитной восприимчивости системы «золото-ртуть-минеральные примеси» от объемной концентрации магнитных минералов (оксидов и гидроксидов железа), подчиняющаяся известным закономерностям насыщения слабомагнитных систем. По количественным оценкам коэффициента термоэдс золотосодержащие амальгамы отнесены к проводникам, следовательно, для их утилизации могут быть использованы методы магнитной и электрической сепарации.

6. Выдвинута рабочая гипотеза по оценке взаимодействия ртути с тонкоизмельченным металлическим железом (-1мм), позволяющая прогнозировать изменение удельной магнитной восприимчивости золотосодержащих амальгам во времени. Показана возможность образования цианида ртути в процессе повторной отработки золотосодержащих

техногенных месторождений с использованием методов кучного выщелачивания.

7. Предложено построение экологически безопасных ресурсосберегающих технологических схем осуществлять на основе сочетания процессов гравитационного обогащения с физическими и физико-химическими методами концентрирования золотосодержащих амальгам с последующей их термической обработкой для получения золота и металлической ртути;

8. Предложен нетрадиционный подход к утилизации золотосодержащих амальгам в специальных аппаратах путем совместного использования физического и физико-химического воздействия, сущность которого заключается в регулировании гидродинамики текущего по наклонной плоскости потока и интенсификации процесса смачивания золотосодержащих амальгам при воздействии на подложку электрическим током.

Практическая значимость.

1. Предложена классификация изученных золотосодержащих амальгам техногенных россыпных месторождений Читинской области, основанная на оценке физико-химических свойств, особенностях агрегатного состояния, неоднородности минерального состава и поверхности минеральных зерен (золота) гетерогенной системы «золото-ртуть-минеральные примеси».

2. Реализованы методические принципы утилизации золото- и ртутьсодержащих продуктов как в голове технологического процесса, так и в доводочных циклах переработки шлиховых продуктов. В частности, на уровне изобретений разработаны две патентно-защищенные технологические схемы и одно устройство (патент, заявл. 30.01.96., №2111795; положительное решение на выдачу патента, заявл. 01.04.98., №97120814/02).

3. Разработан модельный стенд для измерения удельной магнитной восприимчивости в поле высокой напряженности диамагнитных и слабомагнитных минералов, реализованный в учебном процессе на кафедре «Обогащение полезных ископаемых и вторичного сырья» в ЧитГТУ при проведении практических и лабораторных работ по курсу «Магнитные и электрические методы обогащения». Материал по эколого-технологическим и физико-химическим исследованиям системы «золото-ртуть-минеральные примеси» использован при проведении учебных занятий.

4. Опытно-промышленные испытания технологической схемы, проведенные на техногенном россыпном месторождении Горохон а/с «Южная», подтвердили её высокую эффективность утилизации золотосодержащих амальгам. При этом извлечение их в концентрат составило 97,8%. Эколого-экономическая эффективность после внедрения технологической схемы по утилизации токсичных соединений ртути из техногенных месторождений составит 105.68 тыс. руб.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом аналитических, лабораторных и экспериментальных исследований; применением апробированных методов и приборов, позволяющих провести эксперименты с допустимой погрешностью; проверкой и подтверждением выводов в опытно-промышленных условиях.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на:

- областной научно-студенческой конференции «Молодежь и

современный мир», (г. Чита, 28-29 апреля 1997 г.);

- ежегодных внутривузовских научно-технических конференциях

ЧитГТУ в 1995 - 1998 гг.;

- научно-технической конференции «Драгоценные металлы и драгоценные камни: проблемы добычи и извлечения их из руд, песков и вторичного сырья» (г. Иркутск, 25-28 июня 1996 г.);

- международной конференции «Забайкалье на пути к ус�