автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Повышение извлечения золота за счет осаждения мелких классов на ферромагнитных флокулах

На правах рукописи

Закиева Нина Ивановна

ПОВЫШЕНИЕ ИЗВЛЕЧЕШШ ЗОЛОТА ЗА СЧЕТ ОСАЖДЕНИЯ МЕЛКИХ КЛАССОВ НА ФЕРРОМАГНИТНЫХ ФЛОКУЛАХ

Специальность 05.15.11 - "Физические процессы горного производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Чита 1998

Работа выполнена на кафедре "Обогащение полезных ископаемых и вторичного сырья" Читинского государственного технического университета.

Научный руководитель: д. т.н., профессор Кармазин В. В. Научный консультант: д.т.н., профессор Мязин В.П.

Официальные оппоненты: д.т.н., член-корр. Международной Академии

минеральных ресурсов Ковалев А.А. к. т.н., доцент Бывалый В. А. Ведущее предприятие: А/0 "Забайкалзолото"

Защита состоится 29 мая 1998 г. в Ю00 часов на заседании совета Д 064.80.01 Читинского государственного технического университета (г.Чита, ул.Горького. 28. корп. ГЕО. ауд.9).

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, прошу отправлять по адресу: 672039. г.Чита, ул. Александро-Заводская, 30. ученому секретарю Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Читинского государственного технического университета.

Автореферат разослан "

1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета, д.г-м.н.. профессор

. С. Салихов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Разработка экологически чистых ресурсосберегающих технологий для переработки руд россыпных месторождений золота является одной из актуальных научно-практических задач. Постоянное истощение сырьевой базы в результате интенсивной эксплуатации освоенных месторождений и снижение качественных и экономических показателей вновь осваиваемых месторождений приводит к увеличению объемов промывки песков, в которых значительная часть золота (до 50% и более) сосредоточена в мелких классах (менее 0.25 мм). В то же время, анализ технологических потерь металла при промывке золотосодержащих песков показывает, что применяемые технологии и оборудование не соответствуют качественной характеристике современной сырьевой базы. По-прежнему основными элементами промывочных приборов и установок являются шлюзы глубокого и мелкого наполнения - основные источники упомянутых выше потерь. Применение традиционной технологии обогащения золотоносных песков увеличивает потери золота (иногда до 50% и более) вследствие низкой эффективности извлечения мелких классов, приводит к повторной отработке техногенных месторождений (до 3-4 раз), наносит значительный экологический ущерб региону. Особенно ее использование малоэффективно при извлечении золота из техногенных россыпей и лежалых хвостов, где. под воздействием интенсивных процессов окисления, поверхность золотин покрыта "рубашкой" гидроокислов железа, и золото часто находится в форме ртутной амальгамы вследствие использования ртути в прошлом.

Одним из наиболее перспективных направлений повышения извлечения мелкого золота является разработка технологий переработки золотосодержащих песков на основе процессов магнитной сепарации II рода, в частности, процесса магнитно-флокуляционной сепарации (МФС) золота, при котором сфлокулированные из ферромагнитных частиц объемные структуры на магнитных осадительных поверхностях используются в качестве улавливающей среды - постели для мелкого золота и других тяжелых немагнитных электропроводных минералов. Этот процесс известен с 60-ых годов после первых публикаций теоретических основ магнитной флокуляции в работах И.Н.Плаксина и В.И.Кармазина. Название метода предложено в начале 90-х годов В.В.Кармазиным. Аналитический обзор научно-технической информации

показывает, что ранее проведенные исследования не раскрывают в достаточной степени физическую сущность и закономерности процесса МФС. Хотя в ряде публикаций (Тихонов О.Н., Атанасов В., Атанасов А.. Taylor С.Н.. Pachedjieff В., Nishkov I., Stoev S., Helfrlcht R., Bishofberger С. и др.) отмечается весьма высокая эффективность его для извлечения мелкого золота, аппараты на основе МФС в отечественной промышленности практически не применяются.

В связи с тем, что золотоносные пески в большинстве содержат ферро- и парамагнитные минералы (магнетит, титаномагнетит, ильменит и др.) представляется возможным использовать процесс МФС для извлечения мелкого (-0.25+0.1 мм) и тонкого (-0.1+0.05 мм) золота. Поэтому решение научно-практической задачи по разработке и физико-техническому обоснованию новой технологии обогащения золотосодержащих песков на основе МФС имеет важное значение для золотодобывающей промышленности.

Цель работы. Повышение извлечения золота за счет мелких классов при промывке магнетитсодержащих песков россыпных месторождений золота на основе использования процесса МФС.

Основная идея работы заключается в создании объемных самогенерирующихся структур из сфлокулированных ферромагнитных частиц на магнитных осадительных поверхностях и использовании их в качестве улавливающей среды - постели для извлечения мелкого и тонкого золота.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- Изучение процесса МФС тяжелых немагнитных электропроводных минералов, в том числе мелкого и тонкого золота, выявление основных зависимостей его эффективности при одновременном воздействии гравитационного и магнитного полей и создании комбинированных силовых режимов разделения от физических характеристик магнитного поля (напряженности, градиента напряженности, шага полюсов) и физико-технических свойств извлекаемых минералов (плотности, электропроводности, магнитной восприимчивости).

- Обоснование и выбор оптимальных конструктивно-технологических параметров оборудования для МФС золота из эфелей промывочных приборов.

- Создание опытно-промышленного образца магнитно-флокуляци-онного сепаратора для доизвлечения золота из эфелей промышленных гидрошлюзов типа ПГШ-75 и ПГШ-50, проведение испытаний и оценка

экономической эффективности внедрения разработки.

Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использованы аналитические и экспериментальные методы исследования процесса МФС минерального сырья с использованием многократного системного анализа при различной декомпозиции его элементов, натуральных продуктов и эквивалентных материалов, современных методов планирования экспериментов, статистического анализа и программных средств ЭВМ.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Механизм захвата частиц золота широкого диапазона крупности из потока, содержащего магнетит, в самогенерирующуюся структуру на магнитной осадительной поверхности, который осуществляется в процессах фильтрации пульпы сквозь рыхлые структуры флокул, флокуляции магнетита с последующим магнитно-гравитационным осаждением и гидромеханического осаждения в придонном ламинарном слое, создаваемом магнетиговыми флокулами, чему способствует электродинамическое торможение частиц золота. Особым режимом является магнитный, при котором высокоградиентные поля магне-титовых флокул практически полностью извлекают обладающие магнитными свойствами частицы золота "в рубашке" любых размеров.

2. Технологические принципы использования процессов и аппаратов в схемах переработки магнетитсодержащих золотоносных песков, методические основы проектирования аппаратов и определение оптимальных технологических параметров МФС мелкого и тонкого золота.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточной сходимостью данных, полученных с использованием апробированных методов проведения теоретического анализа, и результатов экспериментальных исследований, а также результатами практического внедрения МФС золота из эфелей промывочных приборов:

Научная новизна.

1. Установлено, что магнитно-флокуляционное извлечение частиц золота из потока, содержащего магнетит, в самогенерирующуюся структуру на магнитной осадительной поверхности происходит з'а-счет процессов их механического заклинивания в поровых каналах структуры, захвата в магнетитовые флокулы и последующего магнитно-гравитационного осаждения, высокоградиентной сепарации магнит-

ных частиц золота "в рубашке" и ферромагнитных амальгам, и, в основном. за счет гидромеханического осаждения в придонном ламинарном слое, создаваемом магнетитовыми флокулами. при одновременном электродинамическом торможении. Определены основные закономерности процесса с учетом гранулометрического и минерального состава исходного продукта и технологических параметров. Предложены математические модели, описывающие его кинетику.

2. Доказано, что эффективность извлечения золота методом МФС зависит от минерального состава россыпей, причем, независимо от количества магнетита в исходном продукте, извлечение золота при МФС существенно выше, чем при гравитационном извлечении (при тех же режимных технологических параметрах) и зависит от продолжительности цикла сепарации. Максимальное насыщение золотом сфлокулированного слоя (в граммах золота на единицу массы магнетита ) определяется уровнем общего насыщения магнитной осадительной поверхности и обычно ниже предельно установленного -3 грамма на 1 килограмм магнетита.

3. Показано, что процесс МФС золота может стать одним из основных технологических процессов переработки магнетитсодержащих россыпей.

Практическая ценность работы.

1. Обоснована и доказана целесообразность использования процесса МФС для повышения извлечения золота за счет мелких классов при отработке магнетитсодержащих россыпей.

2. В результате теоретических и экспериментальных исследований созданы методические основы проектирования аппаратов для реализации процесса МФС золота, использованные при составлении технического задания и проектировании промышленного концентратора-приставки магнитно-флокуляционного (КПМФ), выпущенного Малаховским экспериментальным заводом малой серией (2 шт.).

3. Проведены промышленные испытания на россыпных месторождениях золота в Читинской и Амурской областях и Чукотском АО, подтвердившие возможность повышения извлечения золота на 20-30% с получением значительного экономического эффекта.

4. Разработанные методики проведения исследований процесса магнитно-флокуляционного извлечения тяжелых немагнитных электропроводных минералов, в том числе золота, внедрены в учебный процесс на кафедре "Обогащение полезных ископаемых и

вторичного сырья" ЧитГТУ.

5. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения разработки по результатам испытания на участке "Джармагатай" • а/с "Горняк" Читинской области в расчете на один концентратор-приставку КПМФ, работающий на эфелях гидрошлюза ПГШ-50 составляет 129.865 тыс.рублей (в ценах 1998 г.).

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на:

- ежегодных внутривузовских научно-технических конференциях ЧитГТУ в 1994-97гг;

- координационном совещании по приоритетным направлениям НИОКР общеотраслевого значения (г.Иркутск, 27-31 марта 1995 г.);

- международной школе-семенаре "Техника и технология для извлечения мелкого самородного золота". Роскомдрагмет, Союз артелей старателей. (г.Иркутск, 31 июля-5 августа 1995 г.);

- симпозиуме, посвященном памяти акад.Ржевского В.В., "Современное горное дело: образование, наука, промышленность" (г.Москва, 30 января - 2 февраля 1996г.);

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

- первой научной конференции по геолого-технологической изученности и повышению эффективности обогащения минерального сырья (г.Чита, апрель 1997 г.);

- научно-практическом семинаре "Добыча золота. Проблемы и перспективы" (г.Хабаровск, 25-27 ноября 1997 г.).

Публикации. Основные положения диссертации представлены в 10 статьях и 3 авторских свидетельствах на изобретения.

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций, списка литературы 182 наименования и 6 приложений. Материал работы изложен на 164 стр., в том числе 24 рисунка, 27 таблиц, 6 приложений.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность д.т.н., проф. В.В.Кармазину,д.т.н. , проф. В.П.Мязину, д.т.н., проф. А.В.Рашкину, д.т.н., проф. Л.Ф.Наркелюну, ведущему научному сотруднику ГНТП "НИКРИС" Р.Б.Закиеву за постоянную поддержку и методическую помощь при подготовке диссертации.

Считаю также необходимым выразить благодарность сотрудникам

кафедры за помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ научно-технической информации по проблеме повышения извлечения золота за счет мелких классов показывает, что одно из наиболее перспективных направлений в решении данной задачи связано с разработкой и исследованием процессов магнитной сепарации II рода и, в частности, процесса магнитно-флокуляционного извлечен® золота, основанного на использовании сфлокулированных на осади-тельных поверхностях объемных структур из магнетита в качестве улавливающей среды - постели. В то же время работы, выполненные е данной области, особенно раскрывающие физическую сущность процесса. находятся в зачаточном состоянии. Практически вся информацш по данному вопросу содержит лишь сведения о промышленных испытаниях отдельных аппаратов, использующих МФС, либо раскрывает техническую сущность предлагаемых устройств. Несмотря на то, чт( большинство авторов отмечают положительные результаты промышлен: ного применения своих процессов и аппаратов, некоторые указываю' на неустойчивость полученных результатов и существующие проблем! управления этим процессом. В результате в настоящее время иссле дуемые в данной работе процессы и аппараты в промышленных масшта бах практически не применяются.

Классификация предложенных методов и технических средств использующих МФС, представлена в таблице 1.

В настоящей работе исследован процесс МФС, осуществляемый периодическим съемом концентрата на сепараторах с неподвижно магнитной системой из постоянных магнитов с чередующейся в нап

равлении потока полярностью типа И-Б-Н-Б-____ как наиболее легк

реализуемый и, в то же время, позволяющий раскрыть физическу сущность и основные закономерности магнитно-флокуляционного изв лечения золота.

Проведенный теоретический анализ процесса МФС золота с ис пользованием современенных представлений о процессах гравитациоь ного обогащения, магнитной сепарации и магнитной флокуляции, гщ родинамики русловых потоков и феррогидродинамики, а также даннь по геологии россыпей, позволил установить следующее.

Известное геохимическое сродство золота и железа определяб

одновременное присутствие золота и железа (магнетита) в россыпях, что позволяет создавать структуры-постели из содержащегося в них магнетита. Вследствие указанного геохимического сродства золота и железа, зачастую значительное количество мелкого золота связано с минералами железа (находится "в рубашке"). Кроме того, известны случаи проявления магнитных свойств золотом и амальгамами. Наконец, золото относится к числу семи элементов, которые проявляют свойства парамагнетиков, когда один или несколько атомов золота находятся в соединениях.

Таблица 1 - Классификация методов и технических устройств, использующих процесс МФС

Классифицирующий признак Классы методов и технических средств

1. Подвижность рабочей осадительной поверхности 1.1. Неподвижная (периодический съем концентрата) 1.2. Подвижная (непрерывный съем концентрата)

2. Подвижность магнитного поля относительно рабочей поверхности 2.1. Стационарное 2.2. Движующееся 2.2.1. С движущейся магнитной системой 2.2.2. С бегущим магнитным полем

3. Тип чередования полюсов магнитной системы относительно потока 3.1. Вдоль потока 3.2. Поперек потока 3.3. Под УГЛОМ к потоку

4. Напряженность магнитного поля на полюсах магнитной системы в направлении потока 4.1. Постоянная 4.2. Увеличивающаяся

Из теории магнитной флокуляции известно, что магнитные силовые линии, преломляясь на границе "твердое-жидкость" сгущаются на твердой фазе, а молекулы воды в гидратной оболочке поляризованы, причем степень поляризации и толщина гидратной оболочки возрастают с уменьшением размера частиц, что также приводит к проявлению свойств парамагнетиков немагнитных частиц, находящихся в водной среде.

При перемещении частиц золота относительно неоднородного магнитного поля, благодаря высокой удельной электропроводности золота, за счет силового взаимодействия возникающих в частицах-вихревых токов с переменным магнитным полем, происходит электродинамическое торможение частиц золота.

Сфлокулированная на магнитной осадительной поверхности

структура-постель из намагниченных частиц магнетита является пористой полиградиентной средой, а магнитное поле на ее поверхности имеет большое число локальных искажений с большим градиентом напряженности магнитного поля.

Наложение магнитного поля на поток, несущий ферромагнитные частицы, приводит к изменению гидродинамического режима (ламини-ризации) и реологических характеристик (вязкости, плотности) данного потока.

Таким образом, установленные данные позволяют утверждать, что в процессе МФС извлечение частиц золота из потока, содержащего магнетит, в самогенерирующуюся структуру на магнитной осади-тельной поверхности происходит за счет одновременно протекающих процессов их механического заклинивания в поровых каналах структуры (фильтрации пульпы), захвата в магнетитовые флокулы и последующего магнитно-гравитационного осаждения (флокуляционный захват), высоко градиентной магнитной сепарации обладающих магнитными свойствами частиц золота "в рубашке" и ферромагнитных амальгам (полиградиентная сепарация), гравитационного осаждения в придонном ламинарном слое, создаваемом магнетитовыми флокулами (гидромеханическое осаждение), при одновременном электродинамическом торможении и изменении гидродинамики потока. Следовательно, МФС золота является процессом, результат которого определяется характером протекания различных составляющих с учетом их взаимодействия (взаимовлияния) между собой (рисунок 1).

Основные факторы, оказывающие существенное влияние на процесс МФС представлены в таблице 2.

Рисунок 1 - Основные составляющие процесса МФС

Таблица 2 - Факторы, оказывающие существенное влияние на процесс МФС

Характеристика исходного продукта Технологические параметры Конструктивные параметры

Гранулометрический состав (максимальная крупность, характеристика крупности). Минеральный состав и физические свойства минералов (плотность, магнитная восприимчивость, электропроводность, наличие сростков и т.д.). Удельная производительность (расход твердого в единицу времени на единицу ширины потока). Удельная нагрузка (расход твердого на единицу площади оса-дительной поверхности сепаратора). Отношение жидкость: твердое (Ж:Т) в операции (содержание твердого). Глубина потока. Скорость потока. Продолжительность процесса (цикла) сепарации. Величина и градиент напряженности магнитного поля по глубине и в направлении потока. Длина зоны сепарации Параметры, характеризующие метод осуществления и конструкцию сепаратора (скорость перемещения осадительной поверхности, магнитной системы или магнитного поля и т. д.).

Столь сложный характер процесса МФС, его многофакторность и

взаимосвязь различных составляющих и факторов затрудняют получение адекватной математической модели. В связи с этим в работе использован многократный системный анализ процесса МФС при различной декомпозиции его элементов на каждом из этапов исследования.

Поскольку энергия, развиваемая всеми компонентами процесса МФС в зоне взаимодействия "сфлокулированная структура - пульпа" стимулирует вторичный процесс образования сфлокулированной структуры, естественно предположить, что МФС является апериодическим процессом n-го порядка. А так так осаждение немагнитных частиц возможно только на сфлокулированный слой, процесс извлечения немагнитных частиц должен описываться апериодическим процессом п-го порядка с запаздыванием. С целью подтверждения данного предположения проведена серия экспериментов для определения вида переходных функций е = р/а = h(t), (1) где е - степень обогащения фракции;

Р - содержание' данной фракции в сфлокулированном слое, %;

а - содержание данной фракции в исходном продукте, %.

Исследования проведены на лабораторной установке на базе барабанного сепаратора ПБМ. В качестве исходного продукта использованы шлихи месторождения Чернушки (Читинская область) крупностью -3 мм. Их характеристика представлена в таблице 3. Переходные функции типа (1) для различных классов немагнитной фракции приведены на рисунке 2.

Таблица 3 - Характеристика исходного продукта при исследовании по определению типа переходных функций

Класс Содержание фракций, а, %

крупности, мм Магнитная lull электромагнитная Немагнитная

-3+2 I.X7 1.10 16.30

-2+1 2.')() 1.27 • 18.40

-1+0.5 5.50 1.47 10.30

-0.5+0.25 7.50 1.37 12.67 -

-0.25 4.40 1.33 13.60

Всего: 22.17 6.54 71.29

0)

1С

X ill а irt l-i

1) «)

О JJ

X

II)

с

III

с)

п .3

i). 2

/ /

------ -----к—

У/ ; У / у

' У ,

21Н1 400 600

п|•1>л<1.пжитм1ьногть цикла сепарации, с —«-- -3+2 мм —о- -2 + 1 мм -1+0.5 мм

-О , ?+£>, 25" мм —-0.25 мм

Рисунок 2 - Переходные процессы магнитно-флокуляционного извлечения различных классов немагнитной фракции

Анализ зависимостей показывает, что их характер соответствует переходным функциям апериодических звеньев, указывает на существенное влияние вторичного процесса образования сфлокулирован-ной структуры на показатели процесса и, соответственно, возраста-

ние роли гравитационного осаждения и фильтрации пульпы на извлечение немагнитных частиц после образования данной структуры. Установленное при этом более высокое быстродействие процесса на извлечение мелких классов немагнитной фракции (-0.5+0.25мм и -0.25 мм) свидетельствует о существенности влияния флокуляционно-го захвата на их извлечение.

С целью выявления феноменологической сущности и установления ряда закономерностей процесса МФС проведены исследования с использованием искусственных трехкомпонентных смесей, состоящих из магнетита, кварцевого песка (-3 мм) и минерала-трассера (-0.25 мм). в качестве последних использованы тяжелые немагнитные электропроводные минералы с различной плотностью - свинец, галенит, пирит.

На рисунке 3 представлена схема экспериментальной установки. Длина наклонного желоба составляла 0.6 м. Магнитная система выполнена из стандартных феррит-бариевых пластин размером 84x64x14 мм. установленных с чередующейся в направлении потока полярностью типа н-З-ШЗ-... с шагом полюсов 80 мм.

питание

А-А

1-питатель: 2-смеситель; 3-угломерчый прибор; 4-съемный желоб; 5-магнитная система; 6-хвостолриемник; 7-рама.

Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки Натуральные и кодовые обозначения и уровни варьирования факторов при исследовании приведены в таблице 4. В качестве исходно-

го принят насыщенный план Рехгшафнера, позволивший получить для функций отклика (выхода концентрата и извлечения £ минерала-трассера при времени сепарации 2 и 10 минут) адекватные при 5%-ном уровне значимости полиноминальные модели II порядка вида

У^о+М^... +Ь7Х7+ЬпХ12+. .. +Ь17Х72+Ь12Х1Х2 + ..,+Ь67Х6Х7. (2)

Анализ данных позволил сделать следующие выводы, в том числе подтверждающие ранееуказанные.

Процесс МФС является весьма сложным, характеризующимся значительным многообразием факторов и корреляционных связей. При этом влияние эффектов взаимодействия первого порядка типа Х^ на процесс столь значительно, что для большинства факторов X! выполняется условие

Таблица 4 - Обозначение и интервалы варьирования факторов

Обозначение фактом Уровни факторов

Натуральное Кодовое Ьсрхнии Основной 0 Нижний -I

Максимальная крупносп. мнгнетнта в исходном продукте, (1. мм XI .1 2 1

Содержание минерала-трассера в исходном продукте, сл. % Х2 .1.5 2.0 0.5

Отношение содержании машетнта (ам) и кварцевого песка {«к) к исходном продукте, ам/ак Х.1 1 1/УЧ 6/99 1/99

Угол наклона желоба, в, градус Х4 .11) 20 10

Удельный расход твердого » единицу времени на единицу ширины желоба. (|. кг/м, мин Х5 5(1 30 10

ОгношеннеТ:Ж(по массе) Х6 1/К 1/12 1/24

Плотность минерала-трассера, р, кг/см1 Х7 11.2 7.4 5.0

7

|Ь!+Ьц | < I |ьи|. (3)

3=1

Это означает, что при различном сочетании факторов XJ увеличение (уменьшение) значения фактора X! может приводить как к росту, так и уменьшению значения функции отклика. Только для Х3(аи) во всей области экспериментов можно однозначно утверждать, что с ростом значения Х3 увеличивается и выход V концентрата.

Подтвержден ранее сделанный вывод, что МФС является

процессом с запаздыванием. Установлена взаимосвязь извлечений минерала-трассера ст и кварцевого песка ек. Результаты выбора уравнения парной корреляции ет=Г(ек) приведены в таблице 5. Поскольку и кварц, и минерал-трасс6р являются немагнитными минералами это позволяет утверждать, что при обогащении многокомпонентных продуктов извлечения различных немагнитных минералов будут взаимосвязаны между собой.

Таблица 5 - Результаты выбора уравнения парной корреляции

Тип уравнения Мине- Про- Коэф- ' Коэффициент

рал- должи- фици- уравнения

трассер тся ь- ент

ность кор-

цикла. реля-

мин ции А В С

Кг-А+В1це,+С1б2Е, ПИ|>ИТ 2 0.966 -0.795 -3.285 7.991

10 0.41 0.489 -5.371 7.283

свинец 2 0.837 1.716 -5.041 8.795

10 0.023 5.217 -12.788 8.019

ГС1ЛОНПТ 2 0.699 -2.501 7.067 -1.135

10 0.638 -124.306 229.220 -102.564

С целью количественной оценки степени влияния различных составляющих процесса МФС на извлечение мелкого золота проведены следующие три серии опытов с использованием искусственных смесей, состоящих из кварца (-3 мм), магнетита (-2 мм) и золота (-0.1 мм) на той же экспериментальной установке (рисунок 3) со шлюзом длиной 0.6м и углом наклона 20°.

В первой и второй сериях шлюз устанавливался на магнитную систему установки, показанной на рисунке 3. На осадительной поверхности предварительно создавалась постель из магнетита крупностью - 2 мм в количестве 0.6 кг. Третья серия проведена на шлюзе без магнитной системы с постелью из немагнитного материала, выполненной из кварца крупностью -2+1 мм, наклеенного в один слой на резиновый коврик. Расход твердого и воды в единицу времени на единицу ширины желоба составляли соответственно 65 кг/м-мин и 900 л/м-мин. Составы исходной смеси и полученных концентратов (средние по трем опытам) приведены в таблице 6.

Учитывая, что количество магнетита в исходном продукте определяет интенсивность процесса захвата немагнитных частиц в магнетитовые флокулы, незначительно влияет на интенсивность

полиградиентной сепарации и электродинамического торможения и практически не оказывает влияния на процессы гравитационного осаждения и фильтрации, можно полагать, что при осуществлении МФС с параметрами, принятыми при проведении опытов, извлечение мелкого золота за счет гравитационного осаждения и фильтрации составляет 17.3% (40% от общего), за счет полиградиентной сепарации и электродинамического торможения - 15.5% (36% от общего), флокуляционного захвата - 10.6% (24% от общего).

Таблица 6 - Составы исходной смеси и концентратов

Номер серии Исходная смесь, г Концентрат, г Извлечение золота, %

Магнетит Кв:||)ис- Л1.1П 11ССНК Чолото Магнетит Кварцевый лссок Золото

1 200 3800 0.076 645.1 44.3 0.033 43.4

2 0 4000 0.070 535.6 19.2 0.023 32.8

Л 0 4000 0.075 0 24.5 0.013 17.3

Полученные данные свидетельствуют о существенном влиянии содержания магнетита в исходном продукте на извлечение мелкого золота. Так, извлечение золота в первой серии опытов было в 1.32 раза выше, чем во второй. Выход остальных фракций исходного в постель при этом также возрастает.

Как установлено проведенными исследованиями, скорость извлечения различных фракций исходного продукта в постель-концентрат при МФС зависит от гранулометрического и минералогического (фракционного) состава постели и ее объема.

Для процесса МФС трехкомпонентной смеси, состоящей из магнетита, кварцевого песка и мелкого золота, с учетом требования независимости и совместимости факторов, а также незначительного содержания золота в постели, кинетика извлечения различных фракций в постель-концентрат описана следующей системой дифференциальных уравнений:

Ъщ

VI = ^(Хх-д. Ш. Р),

Зш2

Зш,

^з = ФзЮю. И. р>. где У3=Зт.,/гН - скорость изменения насыщенности постели магнети-

том (3=1), кварцевым песком (3=2) и золотом (3=3), кг/м2-мин; ш^. ш - насыщенность постели З-той фракцией (отношение массы 3-той фракции в постели к площади осадительной поверхности) и суммарная (пи^+Шг), кг/м2; I - продолжительность цикла сепарации, мин; р - отношение насыщенностей постели кварцевым песком и магнетитом (Р^г/т,);

Хх _- прочие (кроме п\, &) факторы.

С использованием экспериментального метода взаимно-ортогональных (латинских) квадратов определены функции типа ф^Х^^, ш, (5) для процесса МФС смеси, состоящей из магнетита крупностью -1мм, кварцевого песка крупностью -3 мм и мелкого золота круп-ностью-0.3 мм, с содержанием последнего в смеси а3=40мг/кг.

Эксперименты проведены на опытной установке (рисунок 3). но число постоянных магнитов увеличено до 13. а длина желоба до 1.2 м. Принятые при исследовании факторы и уровни их варьирования приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Обозначение и уровни варьирования факторов

Натуральное оСктшачсние фактора Значение >актора на уровнях

1 2 3 4 5

Суммарная насыщсыносткпостсди. т. кг/м* 2 10 18 26 34

Отношение нпсыщсшюсгсп постели кн;|рцси и нагнститом.р 0 0.06 0.12 0.18 0.24

Угол наклона желоба, м. градус 6 9 12 15 18

Удельный расход твердого н слпнпну к|ч.'\1енн на единицу ширины желоба. (1- кг/м.мчи 25 50 75 100 125

Отношение К=Ж:Т 1но массе) 2 4 6 8 10

Содержание магнетита в неходким Л)х1.чукте. им. % 0 1 2 3 4

Аналитические зависимости типа (рисунок 4) получены путем последовательного исключения факторов и установлена их адекватность. Так, для скорости изменения насыщенности постели золотом У3, г/м2-мин, установленные зависимости имеют вид:

Ь Ш СУ3 (т) +У3 ((52) +У3 (в) (а,) +й3]. (5)

где У3 Ц) =-4.753+5.3061^-1.181д2ц;

У3 (Ю = (0.769+0.071И-0.0019£г)"1; У3 (щ) ог^о.ооозг».

У3(Р2) =1.212-1.926^+3.9090*;

уз(9)=10°-473-0-0580+0.00149.

у3(а,)=о.405+0.681^-о.оэба?; с13=-3.1156.

Извлечение е13 и содержание р13 мелкого золота в извлекаемом

при известных величинах У3

в момент времени Ь концентрате определяются по выражениям: Ь

с13 ---У3-100. 55;

V,

13

■100. %.

q■a3 '

Графики частных- зависимостей извлечения рассмотренных факторов представлены на рисунке 4.

(6)

золота

от

N. №

т

75 50 г5

\ 4(9)

ч ———

/ \

_ ■,—'-'I 6 9 12 в.граду^

2 4 6 й(Ж:Т) о 0,06 ОД /гЫг/и<) о / 2 -5

Рисунок 4 - Частные зависимости извлечения золота от исследуемых факторов

Максимальное насыщение золотом сфлокулированного слоя составило около Зг золота на 1 кг магнетита и имело место при незначительном (ш=0.2 кг/м2) общем насыщении осадительной поверхности. При дальнейшем продолжении процесса МФС содержание золота остается практически постоянным, однако уменьшается

его извлечение е13. следовательно, съем концентрата необходимо производить до достижения предельного уровня общего насыщения осадительной поверхности.

Для определения оптимальных параметров магнитной системы и общей длины рабочей зоны МФ-сепаратора использована вероятностная модель процесса, который представлен в виде элементарных циклов сепарации последовательно осуществляемых на каждом из шагов полюсов в направлении потока.

Рассмотрев ряды последовательных значений вероятностей р! и Р! извлечения минеральных частиц в постель в 1-том и за 1 элементарных циклов сепарации, показана необходимость введения

показателя, характеризующего стохастическую связь между величинами р! в последовательно осуществляемых элементарных циклах сепарации. Для оценки практической значимости и необходимости учета этой связи при проектировании МФ-сепараторов, а также влияния параметров магнитной системы на извлечение немагнитных минералов проведены следующие исследования.

В качестве исходного продукта использована двухкомпонентная смесь, состоящая из кварца (- 3 мм) и магнетита (- 1 мм) с содержанием последнего ам = 20%.

Исследования проведены на той же-установке (рисунок 3) с изменением шага полюсов в направлении потока и различных углах наклона между желобом (осадительной поверхностью) и поверхностью полюсов, что обеспечило изменение величин напряженности и градиента напряженности магнитного поля вдоль потока (рисунок 5).

Рисунок 5 - Схема регулирования величин напряженности и градиента напряженности магнитного поля вдоль зоны сепарации.

В качестве исходного использован насыщенный план Рехтшафне-ра. Принятые при исследовании факторы и уровни их варьирования приведены в таблице 8. Число полюсов во всех экспериментах равно 7, последний шаг полюсов в направлении потока -80 мм. Съем концентрата и его анализ проведены раздельно для верхней (до середины четвертого магнита) и нижней частей шлюза.

В результате регрессионного анализа получены адекватные

полиноминальные модели второго порядка зависимости извлечения

исходного продукта в верхней и нижней частях шлюза от принятых

факторов. Для установления характера изменения величин р^ Р! и

предложены следующие коэффициенты:

Рг Ю0-е2 е2 Кг-1,

кр = — --, к = —. кт = -, (7)

р, е. (100-Е!) е,

где кр. к . к* - цепные темпы изменения вероятности р1#

извлечения ех и выхода К^ р1# е^ VI. 1 - соответственно, вероятности извлечения, извлечения, выхода и общие длины зон сепарации верхней (1=1) и нижней (1=2) частей шлюза.

Таблица 8 - Обозначение и уровни варьирования факторов

Наименование и натуральное обозначение фактора Значение фактора на уровнях

нижний -1 основной 0 верхний +1

Удельный расход твердого в единицу времени ил единицу ширины ПОТОКИ, 1]. кг/час-м 1500 4500 7500

Отношение Ж:Т (по нассс) 5 10 15

Угол наклона желоба, 1), градус 6 10' 14

Угол между осалитеш.шш поверхностью жцлоОа и поверхностью нолмсоц магнитной системы. ДО, rpanvc О 2 4

Величина приращения шага полюсов магнитной системы в направлении против потока, AS, мм 0 10 20

Установлено, что характер изменения вероятности по длине зоны МФ-сепаратора является величиной, зависящей от технологических факторов и параметров магнитной системы, а извлечение немагнитной фракции тем выше, чем более равномерно его извлечение по длине зоны сепарации. Подтверждена необходимость учета изменения величины вероятности р! по длине зоны сепарации при проектировании МФ-сепараторов.

Результаты исследований легли в основу технического задания на проектирование промышленного концентратора-приставки магнит-но-флокуляционного (КПМФ), выпущенного Малаховским экспериментальным заводом малой серией (2 шт.).

Промышленные испытания процесса магнитно-флокуляционного извлечения золота на объектах добычи россыпного золота Читинской (а/с "Горняк" и а/с "Тунгир"), Амурской (АмурКНИИ) областей и Чукотского АО (ОАО Полярнинский ГОК) подтвердили возможность высокого извлечения мелкого и тонкого золота методом МФС. При испытаниях процесса МФС мелкого золота из эфелей гидрошлюза ПГШ-50 на участке "Джармагатай" а/с "Горняк" достигнут уровень насыщения концентрата золота • в пределах 1-3 г/кг магнетита. Фактическое извлечение золота класса -0.1мм составило при продолжительности цикла сепарации 3 часа - 87,1%, 6 часов - 53,4%, 24 часа - 46,4%, что подтверждает необходимость разработки сепаратора, работающих в режиме учащенного съема концентрата. При испытаниях пристав-

ки-концентратора КПМФ на участке "Бухта-1" а/с "Тунгир", установленной в схеме переработки песков после шлюза мелкого наполнения, насыщение золотом концентрата составило 1-2 г/кг магнетита, извлечение золота крупностью -0.2 мм - 75.5% при съеме концентрата через каждые четыре часа.

Основываясь на результатах теоретического анализа, экспериментальных исследований и промышленного внедрения процесса МФС золота предложено несколько технологических схем переработки золотосодержащих продуктов. На три технических решения получены патент и два положительных решения на выдачу патента.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В работе осуществлено новое решение актуальной научно-практической задачи по разработке и физико-техническому обоснованию новой технологии обогащения золотосодержащих песков на основе МФС, имеющей важное значение для золотодобывающей промышленности, и получены следующие результаты:

1. На основе теоретических исследований основных закономерностей процесса МФС установлены основные элементы его механизма. Показано, что захват частиц золота происходит в процессах образования флокул, фильтрации пульпы сквозь сфлокулированную структуру и, в основном, за счет гидромеханического осаждения, чему способствует электродинамическое торможение частиц золота магнитным полем флокул. При этом высокоградиентные поля магнетитовых флокул практически полностью извлекают обладающие магнитными свойствами частицы золота (золото "в рубашке") любых размеров.

2. В результате экспериментальных исследований, проведенных как на имитирующих (искусственных), так и на реальных продуктах с использованием разработанных лабораторных и опытно-промышленных установок по методикам, основанным на современных методах планирования эксперимента, получена математическая модель взаимосвязи основных параметров процесса магнитно-флокуляционного извлечения золота.

3. Установлена принципиальная возможность устойчивого извлечения мелкого и тонкого золота из магнетитсодержащих золотоносных песков в процессе МФС с получением шлиха, содержащего до 3 г золота на 1 кг магнетита.

4. Разработаны технологические принципы и схемы переработки магнетитсодержащих россыпей с использованием процесса МФС золота.

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований положены в основу технического задания на проектирование промышленного концентратара-приставки магнитно-флокуляционного (КПМФ), выпущенного Малаховским экспериментальным заводом малой серией.

6. Промышленные испытания МФ-сепараторов. проведенные на объектах добычи россыпного золота Читинской (а/с "Горняк" и а/с "Тунгир"), Амурской (АмурКНИИ) и Чукотстком АО (ОАО Полярнинский ГОК) областей показали возможность повышения извлечения золота на 20-30% за счет мелкого золота и получения значительного экономического эффекта.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения одного концентратора-приставки (КПМФ), работающего на эффелях гидрошлюза ПГШ-50 составляет 129.865 тыс.рублей (в ценах на 1998 г.).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

1. Закиева Н.И. Перспективы магнитно-флокуляционной сепарации тонких классов золота //Вестник ЧитПИ. Вып.2. М.:МГГУ, 1995. - С. 133-135.

2. Мязин В.П., Литвинцева О.В., Закиева Н.И.. Попова Г. Ю.. Сафронова И.И. Создание технических средств реализации физико-химических методов воздействия на гидросмеси с целью повышения технологических показателей обогащения и перехода на экологически безопасные технологии переработки минерального сырья // Вестник ЧитПИ. Юбилейный выпуск. М.:МГГУ. 1995. - С. 133-138.

3. Кармазин В.В., Закиева Н.И. Технологические возможности магнитно-флокуляционной сепарации тонких классов руд россыпных месторождений //Горный информ.-аналитический бюллетень. Вып. 4. М.: МГГУ. 1995. - С. 60-62.

4. Мязин В.П., Кармазин В.В., Закиева Н.И., Татауров С.Б. Разработка и создание технических средств модульного типа для повышения эффективности извлечения мелкого золота // Драгметаллы и драгоценные камни: проблемы добычи и извлечения из руд, песков и вторичного сырья. Науч. -техн.конференция. Тезисы докладов. Иркутск, АО "Иргиредмет", 1996. 18 с.

5. Мязин В.П., Закиева Н.И., Литвинцева О.В. Обеспечение

экологической безопасности строительства шлихообогатительных установок при принятии проектных решений // Вестник Читинской организации науч.-техн. общества строителей. Вып.1.Чита. 1997. - С. 109-111.

6. Закиева Н.И. Эффективность магнитко-флокуляционного извлечения золота из россыпей с различным содержанием магнитных минералов // Вестник ЧитГТУ. Вып.5.Чита. ЧитГТУ. 1997. - С. 12-17.

7. Мязин В.П., Татауров C.B., Кармазин В.В., Закиева К.И. Разработка и создание технических средств модульного типа для повышения эффективности извлечения мелкого золота // Драг.металлы и драгоценные камни: проблемы добычи и извлечения из руд, песков и вторичного сырья. Науч.-техн.конференция. Иркутск, АО "Иргиред-мет". 1997. - С. 73-85.

8. Закиева Н.И.. Сапожников С.Ю. Моделирование процесса маг-нитно-флокуляционного извлечения тонких классов немагнитных металлов //Первая науч.конф. по геол. -технолог, изученности и повышению эффективности обогащения минерального сырья. Материалы конф. Чита. 1997. - С. 35-37.

9. Кармазин В. В.. Закиева Н.И. Магнитно-флокуляционное извлечение мелкого золота из магнетитеодержащих россыпей //Добыча золота. Проблемы и перспективы. Доклады науч.-практич.семинара 25-27.11. 97. Т. 2. Хабаровск. ИГД ДВО РАН, 1997. - С. 171-177.

10. Кармазин В. В., Сыса П. А., Закиева Н. И.. Кармазин В. И.. Сыса А.Б. Извлечение плотных минералов в активном слое гидравлических шлюзов //Горный информ.-аналит.бюллетень. Вып. 5.М.:МГГУ, 1997. - С. 36-39.

11. Патент RU, 2098190 МКИ6 В 03 В 9/00. 7/00. Поточная линия для переработки шлихового материала/ Мязин В.П.. Кармазин В. В.. Шевченко Ю.С.. Мязин А.В., Закиева Н. И. ВНИИПИ-^95107371/03; За-ЯВЛ. 6.05.95: Опубл. 10.12.97. Бюл. N¡34.-3 е.:ил.

12. Положительное решение о выдаче патента, МПК6 В 03 В 9/00. Поточная линия для переработки шлихового материала (ПЛШМ)/ Мязин В. П., Кармазин В. В.. Татауров С. Б., Мязин А. В., Закиева Н.И.- Заявл. 30.01.96.. №96101696/03.

13. Положительное решение о выдаче патента, МПК6 В 03 С 1/08. В 03 В 5/70. Устройство для обогащения металлоносных песков/ Мязин В.П., Кармазин В.В.. Черкасов В.Г.. Закиева Н.И... Татауров С.Б. - Заявл. 30.12.97., N96111612/03.