Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблемы освоения высоко глинистых россыпей 10
1.1 Оценка ресурсного потенциала добычи золота в Российской Федерации 11
1.2 Анализ современного состояния технологий разработки и дезинтеграции высокоглинистых россыпей 14
1.3 Обзор способов и средств дезинтеграции песков россыпных месторождений
1.3.1 Особенности гидромеханических способов подготовки высокоглинистых песков к обогащению 27
1.3.2 Оценка физических и химических способов подготовки высокоглинистых песков к обогащению 36
1.4 Цель и задачи, методы исследования 40
2 Развитие технологических основ разработки высокоглинистых россыпных месторождений 41
2.1 Технологические схемы направленного изменения свойств высокоглинистых песков при производстве подготовительных работ 41
2.2 Физико-механические свойства высокоглинистых пород россыпных месторождений 45
2.3 Проблемы извлечения ценных компонентов из труднопромывистых песков россыпей и основные направления их решения 48
2.4 Исследование вещественного состава высокоглинистых песков и глинистых окатышей 49
2.5 Экспериментальные исследования гидромеханического способа дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей 56
2.5.1 Методика проведения испытания по дезинтеграции глинистых пород на лабораторной установке 56
2.5.2 Определение зависимости степени дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей от их влажности и времени воздействия 60
2.6 Выводы 63
3 Исследование ультразвукового и электро импульного способов дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей 64
3.1 Акустические способы воздействия на глинистые породы 64
3.1.1 Методика проведения лабораторных исследований ультразвуковой диспергации глинистых пород 68
3.2 Электроимпульсный способ дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей 73
3.2.1 Методика проведения лабораторных исследований электроимпульс ной дезинтеграции глинистых пород 78
3.3 Выводы 81
4 Рациональная технология разработки золотосодержащих песков россыпей 82
4.1 Технологический комплекс для дезинтеграции песков россыпей и до-извлечения полезных компонентов 82
4.2 Сравнительная технико-экономическая оценка эффективности разработки высокоглинистого россыпного месторождения на примере месторождения р. Колчан 92
4.3 Выводы 96
Заключение 97
Список литературы
- Анализ современного состояния технологий разработки и дезинтеграции высокоглинистых россыпей
- Оценка физических и химических способов подготовки высокоглинистых песков к обогащению
- Проблемы извлечения ценных компонентов из труднопромывистых песков россыпей и основные направления их решения
- Электроимпульсный способ дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей
Введение к работе
Актуальность проблемы. Снижение объемов россыпной золотодобычи в современный период связано с тем, что мелкозалегающие и легкообогатимые месторождения в основном уже отработаны, и большая часть разрабатываемых в настоящее время месторождений имеют высокое содержание глины в перерабатываемых песках, что относит их к категории труднопромывистых. Однако вовлечение в эксплуатацию месторождений с высоким содержанием глины (глубокозалегающие геогенные, техногенные россыпи и недоработанные целики) является важным направлением пополнения сырьевой базы россыпной золотодобычи.
При этом вопрос поиска эффективных способов дезинтеграции высокоглинистых песков остается открытым. Решение проблемы возможно на основе создания новых научно обоснованных комплексных методов и технологического оборудования для дезинтеграции глинистых песков, с учетом их гранулометрического и вещественного состава, и физико-механических свойств песков, их влажности. Это позволит, не меняя технологию добычи песков и подготовки их к обогащению, осуществлять переработку песков и эфелей в едином технологическом процессе, повысить степень извлечения золота на промприборах.
Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований, представленные в диссертационной работе, позволяют утверждать, что автором научно обоснованы решения крупных технических и технологических задач, имеющих важное значение для развития россыпной золотодобычи России.
Диссертация выполнена в соответствии с госбюджетными темами Института горного дела Дальневосточного отделения РАН: «Развитие теории и технологии эффективного и экологически безопасного освоения техногенных россыпных месторождений цветных и благородных металлов» (ГР № 01.2.00613509), «Разработка научных основ создания высокоэффективных геотехнологий освоения месторождений твердых полезных ископаемых Дальневосточного региона России» (ГР № 01200953152), проектом РФФИ № 09-05-98583 «Закономерности комплексного влияния физических воздействий на эффективность дезинтеграции глинистых песков россыпей», конкурсным проектом ДВО РАН «Анализ проблемы дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей и обоснование комплексного подхода к её решению».
Цель работы состоит в научном обосновании и совершенствовании способов дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей природных и техногенных месторождений благородных металлов на основе процессов физического воздействия, повышающих экономическую эффективность и экологическую безопасность освоения минеральных ресурсов.
Идея работы заключается в том, что повышение технологической, экономической эффективности и экологической безопасности горных работ достигается за счет включения в единый технологический процесс добычи и переработки высокоглинистых песков россыпей и эфелей рациональных способов их дезинтеграции.
Объект исследования: природные и техногенные россыпные месторождения благородных металлов, содержащие большой процент глинистых включений в перерабатываемых песках.
Предмет исследования: процессы и средства дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Выполнить анализ современного состояния освоения природных и техногенных россыпных месторождений и их ресурсной базы.
-
Разработать методики экспериментальных работ по исследованию влияния различных физических воздействий на эффективность процессов дезинтеграции высокоглинистых песков.
-
Выполнить лабораторные экспериментальные исследования влияния физических воздействий, независимо друг от друга и в комплексе, на эффективность процессов дезинтеграции глинистых окатышей.
-
Обосновать параметры процесса гидромеханических и электроимпульсных способов дезинтеграции.
Методы исследований: анализ литературных источников, патентных материалов, результатов эксплуатации ряда россыпных месторождений, минералогического состава высокоглинистых песков; исследования физико-механических свойств глинистых конгломератов, экспериментальные исследования гидромеханических, ультразвуковых и разрядно-импульсных воздействий на глинистые фракции; анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований с применением методов их статистической обработки.
Защищаемые научные положения:
1. Эффективность дезинтеграции высокоглинистых песков россыпных месторожде
ний гидромеханическим способом в спиральном дезинтеграторе-концентраторе опреде
ляется главным образом продолжительностью процесса, заданного скоростью враще
ния шнека, влажностью и содержанием глинистых фракций. Уменьшение содержа
ния глины в окатышах в полтора раза, при их постоянной влажности, увеличивает вдвое
эффективность дезинтеграции за единицу времени (1 мин.); при этом повышение влаж
ности песков на ?>-А % при первоначальном содержании глины дает тот же эффект.
2. Дезинтеграция глинистых конгломератов при ультразвуковом воздействии
возникает по принципу послойной диспергации при интенсивности излучателя бо
лее 2 Вт/см2, что предопределяет область использования ультразвука как инициато
ра микроразрушений на поверхности фракций размером более 1-2 см.
3. Достижение высокой степени дезинтеграции труднопромывистых песков россы
пей на разработанном многофункциональном спиральном дезинтеграторе-
концентраторе обеспечивается комплексным разрядноимпульсным и гидромеханиче
ским воздействием. Наибольшая эффективность дезинтеграции высокоглинистых пес
ков достигается применением разрядников коаксиально-конической формы.
Научная новизна работы:
-
Разработаны методики экспериментальных исследований дезинтеграции высокоглинистых песков россыпных месторождений различными воздействиями.
-
Установлена степень влияния гидромеханического воздействия на эффективность разрушения глинистых песков при различной их влажности и продолжительности процесса.
-
Определены факторы, влияющие на эффективность послойной диспергации глин воздействием ультразвуковых волн, обоснована область применения данного метода с учетом скорости и энергоемкости процесса диспергации.
-
Выявлены закономерности комплексного влияния гидромеханических и элек-
троимпульсных воздействий на эффективность процесса дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей при различных значениях их влажности и продолжительности процесса.
5. Обоснованы эффективные параметры технологии разрушения глин на основе многофункционального спирального дезинтегратора-концентратора с блоком электроимпульсной дезинтеграции.
Достоверность научных положений выводов и рекомендаций обеспечивается использованием современных методов исследований и обработки экспериментальных данных, представительным объемом экспериментальных работ, высокой сходимостью их результатов с расчетами по установленным уравнениям регрессии.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты способствуют повышению эффективности решения проблемы освоения высокоглинистых месторождений на основе:
возможности использования для разработки открытым способом стандартного промприбора ПГШ с дополнительной хвостовой приставкой - спиральным дезинтегратором-концентратором с блоком электроимпульсной дезинтеграции, существенно повышающей технико-экономические показатели извлечения ценных компонентов;
снижения удельных энергетических, трудовых и материальных затрат при освоении природных, техногенных россьшных месторождений достигается за счет включения в единый технологический процесс оборудования, исключающего необходимость повторной промывки эфелей;
снижение техногенного воздействия на природную среду за счет уменьшения площади отчуждаемых земель под размещение эфельных хвостов при неэффективной дезинтеграции песков на шлюзовых промприборах.
Личный вклад автора:
сформулированы цели, задачи и методы исследований;
выполнен обзор, анализ и обобщение литературных и патентных источников, производственных показателей разработки россыпных месторождений с использованием шлюзовых промывочных приборов типа ПГШ;
созданы лабораторная многофункциональная установка спирального дезинтегратора-концентратора (получен патент РФ) и стенд для экспериментальных исследований электроимпульсной дезинтеграции глинистых песков;
разработаны методики и выполнены экспериментальные работы по оценки качества дезинтеграции при различных (гидромеханических, электроимпульсных и ультразвуковых) методах воздействия;
установлены закономерности влияния гидромеханического воздействия на эффективность разрушения глинистых песков при различной их влажности и продолжительности процесса;
выявлены факторы, влияющие на эффективность послойной диспергации глин воздействием ультразвуковых волн, обоснована область применения данного метода с учетом скорости и энергоемкости процесса диспергации;
установлены зависимости комплексного влияния гидромеханических и электроимпульсных воздействий на эффективность процесса дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей при различных значениях их влажности и продолжительности процесса;
- обоснованы эффективные параметры технологии разрушения глин многофункциональным спиральным дезинтегратором-концентратором с блоком электроимпульсной дезинтеграции.
Реализация результатов работы. Основные результаты выполненных автором исследований представлены и приняты к внедрению на россыпных месторождениях «ООО Рос-ДВ», Хабаровский край.
Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы диссертации докладывались и получили положительные оценки на: Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов в Вологодском Государственном техническом университете г. Вологда 2006 г.; I Международной научной конференции «Проблемы комплексного освоения георесурсов», г. Хабаровск, 2007 г.; IX краевом конкурсе-конференции молодых ученых, г. Хабаровск, 2007 г., конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Геологические и технологические проблемы рационального освоения месторождений полезных ископаемых», 2007 г. ИГД ДВО РАН (г. Хабаровск).; XI краевой конкурс-конференция молодых ученых, г. Хабаровск, 2009 г.; III Международной научной конференции «Проблемы комплексного освоения георесурсов», 2009; XIV Международном совещании по геологии россыпей и месторождений кор выветривания (РКВ-2010), Новосибирск, 2010, «Второй региональной конференции Майнекс Дальний Восток», 2010; IV Всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых «Проблемы комплексного освоения георесурсов», Хабаровск, 2011г.
Публикации по материалам диссертации: опубликовано 6 статей, в том числе 3 статьи в журналах, включенных в перечень ВАК, получен 1 патент.
Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 67 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 112 страницах машинописного текста, включая 32 таблицы и 33 рисунка.
Автор выражает свою глубокую признательность за научное и методическое руководство, квалифицированную помощь кандидату технических наук В.В. Нечаеву, доктору технических наук B.C. Литвинцеву. Автор благодарен за тесное сотрудничество и помощь сотрудникам лаборатории проблем освоения россыпных месторождений П.П. Сас, B.C. Алексееву, Н.И. Долговой. Особая признательность и благодарность всем соавторам научных публикаций.
Анализ современного состояния технологий разработки и дезинтеграции высокоглинистых россыпей
Запасы многих эксплуатируемых россыпей существенно истощены и большинство месторождений находятся в районах с мало развитой инфраструктурой, что удорожает себестоимость добычи. Причины падения добычи, как и в целом по России, в истощении ресурсов золота, как рудного, так и россыпного, в малом приросте запасов металла в результате снижения геологоразведочных работ. Однако нельзя не отметить снижение у значительной части недропользователей экономической заинтересованности в расширении собственной сырьевой базы, а также отсутствие необходимого федерального и краевого участия в расширении этой базы.
В последнее время в Сибири и на Дальнем Востоке наблюдается тенденция увеличения запасов россыпных месторождений с весьма высоким содержанием в них глинистых минералов. Относительно высокие содержания в песках мелкого и тонкого золота связано с глинами различного минерального состава. Так, для Красноярского края более 50 % запасов представлены в глинистых россыпях, где содержание глины варьирует от 15 до 60 %. По минералогическому составу глины представлены монтмориллонитом, гидрослюдой и каолинитом. В Забайкалье запасы высокоглинистых россыпей составляют около 30 % и представлены в основном каолинитом (15-40 %), в Приморье - 20 % и представлены гидрослюдой (15-35 %) и каолинитом (30%), в Магаданской области - 20 % и представлены в основном монтмориллонитом (55 %) и каолинитом (20 %), в Хабаровском крае около 40 % россыпей и представлены каолинитом (10-40 %) [4].
Практически все россыпи Хабаровского и Приморского краев залегают в талых породах, лишь отдельные имеют многолетнюю островную мерзлоту. Подавляющее большинство техногенных россыпей мелкозалегающие, лишь на отдельных месторождениях мощность отвальных комплексов превышает 10 м [5].
Из всего объема техногенных россыпей Хабаровского края более 30 % относятся к труднопромывистым россыпям и значительным содержанием тонкого и мелкого золота, около 10-15 % - к легкопромывистым россыпям; остальные - к россыпям средней промывистости.
Разработка традиционными способами высокоглинистых россыпных месторождений не всегда экономически эффективна и приводит к большим потерям золота. Таким образом, исследование вопросов дезинтеграции высокоглинистых песков является важным научным направлением для повышения качества извлечения золота при освоении труднопромывистых и высокоглинистых месторождений.
Весь комплекс работ, охватываемый понятием «разработка россыпи», включает предварительные работы (осушение или обводнение), работы по вскрытию, подготовительные работы, добычные работы [6].
Предварительные работы включают комплекс работ, связанных с осушением россыпи (при скреперно-бульдозерной технологии, экскаваторной, гидромеханизированной и подземных технологиях) или при ее обводнении (при подводном способе), которые осуществляются прежде, чем приступают к вскрытию месторождения. При разработке месторождений с высоким содержанием глины в добываемых песках, опережающее обводнение при дражном способе отработке, будет способствовать размоканию высокоглинистых пород, но, как правило, большого влияния на процесс дезинтеграции глин это не оказывает, так как скорость фильтрации воды в данных породах очень мала, в результате чего продуктивный пласт не успевает за небольшой промежуток времени (2-3 месяца) пройти стадию водонасыщения.
Подготовительные работы охватывают комплекс работ между стадиями вскрытия месторождения и добычи полезного компонента. К ним относятся очистка поверхности россыпи от кустарников, леса, предохранение от промерзания, оттаивание, удаление покрывающих пески пустых пород (торфов) и размещение их в отвалы. В отдельных случаях к этим работам относятся также и осветление промышленных вод и восстановление земельных угодий, ранее нарушенных горными работами. Опережение подготовительных работ должно обеспечивать независимую и бесперебойную работу по добыче песков. Часто при отработке россыпных месторождений вскрытие месторождения и добыча объединены в единый технологический процесс средствами гидромеханизации.
Добычные работы - это наиболее обширный вид работ. Они охватывают все работы, начиная от выемки песков и кончая размещением хвостов промывки в отвалы. К добычным работам необходимо относить рыхление песков, нарезные, очистные и вспомогательные работы, транспортирование песков, промывку и удаление хвостов в отвалы.
Особое место в комплексе добычных работ занимает промывка песков. Извлечение полезного компонента из добытых продуктивных пород осуществляется последовательным проведением ряда технологических операций [6]. При этом качество извлечения ценных минералов при обогащении высокоглинистых песков зависят от способов проведения подготовительных работ. При дражной отработке обводнением полигона способствует частичному размоканию глинистых минералов и лучшей дезинтеграции песков, проморозка, рыхление, окучивание также способствуют повышению степени дезинтеграции при переработке высокоглинистых песков, что стоит учитывать на стадии проектирования отработки данного вида месторождения.
Полезные компоненты россыпных месторождений содержатся во вмещающих горных породах в механически связанном состоянии. Для извлечения ценных компонентов из вмещающих пород, они должны быть переведены в свободное состояние и классифицированы на определенные фракции по крупности зерен для дальнейшего обогащения. Разрушение связей, между зернистыми частицами осуществляется в результате выполнения процесса дезинтеграции
Оценка физических и химических способов подготовки высокоглинистых песков к обогащению
Такая конструкция гидровашгерда, являющегося пока единственным широко внедренным на приисках видом гидротранспортного загрузочно-ограничительного (классифицирующего и дезинтегрируещего) устройства, имеет следующие недостатки. Гидромонитор, предназначенный для выполнения нескольких рабочих операций, требует больших затрат труда. При высокой производительности установки и каменистых песках его обслуживают 2-3 человека, периодически подменяющих друг друга. Производительность промывочной установки и ее качественные показатели в сильной степени зависят от личных качеств гидромониторщика и характера песков (каменистости, глинистости).
На гидровашгердах происходит систематическое чередование операций, выполняемых струей гидромонитора. Поэтому их работа носит явно выраженный цикличный характер, что приводит к пульсирующему режиму пульпообра-зования [17].
Степень дезинтеграции находится в прямой зависимости от глинистости и физического состояния песков. Обычно гидровашгерды эффективны для песков с небольшим содержанием легкопромывистых глин (5-Ю %). Эксплуатация таких гидравлических дезинтегрирующих устройств для подготовки высокоглинистых песков к обогащению приводит к высоким потерям ценного компонента уже на первой стадии переработки горной массы.
Так, применение гидровашгерда с самотечной подачей пульпы на обогатительную установку (Средний Урал) привело к потерям золота до 30 % только с крупными окатышами глины. Общее же извлечение золота после обогащения не превышало 50 % [18].
Опыт работы на россыпных месторождениях Дальнего Востока показывает, что при подготовке высокоглинистых песков к обогащению данным способом происходят потери металла от 20 до 50 %, и выход не дезинтегрированного материала в эфельную фракцию составляет до 40 %. дражная технология отработки россыпей в благоприятных условиях дает высокие экономические показатели добычи золота из россыпных месторождений. Минимальная численность работающих, минимальная дальность перемещения горной массы, минимальные затраты на обслуживание техники, минимальное энергопотребление - все эти положительные качества обеспечивают высокую выработку на одного работающего (5-8 кг/сезон) и низкую себестоимость добычи золота [19].
Проблема влияния глинистости на эффективность дражной добычи золота из древних россыпей возникла в 60-70-е годы прошлого столетия перед золотодобывающими предприятиями Среднего и Северного Урала. На драгах Урала, перерабатывающих глинистые пески, была испытана двухоперационная схема дезинтеграции, включающая промывку песков в барабанном грохоте и последующую промывку нижнего продукта в корытных мойках, а верхнего - на гидровашгерде. В результате испытаний было установлено повышение эффективности дезинтеграции и снижение потерь золота с 35 до 26 % при резком росте удельной энергоемкости обогащения.
В барабанных промывочных мащинах глинистые породы дезинтеграции в результате их истирания твердыми кусками самого промываемого материала, трения о стенки барабана, разрезания специальными ножами, устанавливаемыми на внутренней поверхности барабана. Широко применяется способ дезинтеграции песков россыпей с помощью промывочных бочек дражного и скрубберного типа. Скруббер-бутары позволяют в одном аппарате совмещать промывку и классификацию продукта на 2-3 класса, а также дополнительную промывку и обезвоживание надрешетных продуктов.
Иргиредметом в Якутии испытывалась промышленная обогатительная установка, на которой дезинтеграция глинистых песков Куранахской россыпи осуществлялась вначале гидромонитором, затем в барабанном грохоте. Отмечено, что дезинтеграция в несколько операций на различных дезинтегрирующих аппаратах по сравнению с однооперационной в дражной бочке способствует лучшей промывке глины, при этом с ростом энергоемкости полного ее разрушения не проис ходит, потери золота остаются достаточно большими (18-20 %).
Многолетняя практика работы дражных и скрубберных бочек на россыпных месторождениях золота, олова и алмазов показала, что дезинтеграция песков происходит с достаточно высокой эффективностью при содержании глинистых материалов не выше 10-12 %. Более высокое содержание глины в дезинтегрируемых песках резко снижает качество дезинтеграции.
Применение дезинтегрирующих аппаратов на труднопромывистых песках обеспечивают эффективную (до 94,5 %) промывку при содержании глины до 30 %. При большем содержании глинистой фракции в песках данные способы дезинтеграции недостаточно эффективны и не пригодны по технико-экономическим показателям [1].
Опыт эксплуатации скруббер-бутар, накопленный в последние годы, говорит о высокой эффективности их использования при промывке различных материалов, в том числе и труднопромывистых. В настоящее время производятся типоразмерный ряд скруббер-бутар с производительностью от 10 до 400 т/ч. Они выпускаются в большом количестве модификаций и вариантов исполнения, с применением современных материалов и комплектующих.
Наряду с традиционными вариантами исполнения просеивающих поверхностей бутар, используются как сварные, так и наборные шпальтовые и по-лиуретановые сита.
В промывочных бочках дражного типа процессы дезинтеграции и грохочения совмещены, что является основным недостатком данного дезинтеграци-онного оборудования, поскольку конструктивные параметры, обеспечивающие эффективность процессов дезинтеграции и грохочения в отдельности, существенно отличаются друг от друга. На рисунке 1.5 видно, что в результате работы драги на месторождении с высоким содержанием глины в добываемых песках степень дезинтеграции песков очень низкая.
Проблемы извлечения ценных компонентов из труднопромывистых песков россыпей и основные направления их решения
Интенсифицирующее действие низкочастотных акустических колебаний на процессы диспергирования, перемешивания, фильтрования, очистки поверхностей и другие основано на таких физических эффектах, как кавитация, высокоамплитудное знакопеременное давление, переменные потоки жидкости, радиационное давление, акустические течения, дегазация жидкости и образование в ней многочисленных газовых пузырьков и их равновесных слоев, сдвиг фазы колебаний между ними. Однако для каждого технологического процесса существуют свои оптимальные параметры акустического воздействия, позволяющие добиться максимального проявления одного или нескольких из указанных физических эффектов.
Ультразвуковую технологию называют совокупностью технологических процессов и методов переработки полезных ископаемых, основанных на использовании воздействия ультразвуковых волн с диапазоном частот от 18-24 кГц до нескольких мегагерц, с помощью генераторов и излучателей ультразвука. Колебательное ускорение при этом изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен . Основное достоинетво ультразвуковой техники заключается в отсутствии вибрирующих сосредоточенных масс (несущих конструкций, корпусов устройств и т. д.) и вращающихся частей оборудования [24].
Основным разрушающим фактором при воздействии ультразвука на глину является кавитация - образование в жидкости пульсирующих пузырьков, заполненных паром, газом и их смесью. В общем случае кавитация может создаваться как за сёт действия ультразвуковой волны большой интенсивности (акустическая кавитация), так и за счет сильного локального понижения давления в жидкости вследствие больших скоростей течения (гидродинамичеекая кавитация) [32]. Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них так называемых зародышей кавитации - микроскопических газовых пузырьков, твёрдых частиц с трещинами, заполненными газом и др. В окружающий пузырёк жидкости возникает ударная волна, приводящая к высоким перепадам давления (до 400 атм.).
Возникающие кавитационные пузырьки концентрируются на поверхности твёрдого тела преимущественно на неровностях и в микротрещинах, на мельчайших твёрдых частицах и газовых микропузырьках, находящихся в жидкости вблизи поверхности твёрдого тела. Многократные гидравлические удары, возникающие при захлопывании кавитационных пузырьков, вызывают локальное разрушение поверхности. Под воздействием акустических микропотоков жидкость проникает внутрь образовавшегося углубления, где разрушающее действие ударных волн становится более эффективным и разрушение распространяется глубже [33]. Таким образом, кавитация даёт начало зарождению и развитию дефектов структуры глинистого конгломерата.
Свойства зародышей кавитации и их изменчивость приводят к тому, что порог кавитации оказывается существенно зависящим от свойств жидкости. При повышении вязкости, температуры, а также наличия множества взвешенных микровключений порог кавитации возрастает [33].
Кинетическая энергия зависит от скорости движущихся частиц среды, а потенциальная - от взаимодействия между частицами. Сумму энергий этих двух видов называют акустической энергией.
Средний по времени поток энергии через единицу площади поверхности называют интенсивностью звука и определяют по формуле Т I:=—\Pudt, (3.1) где р - акустическое давление; и - виброскорость, или колебательная скорость. Для возбуждения акустических колебаний в газообразных, жидких и твердых средах используют устройства, называемые излучателями акустических колебаний. Удельную мощность излучения W принято выражать через акустический импеданс z, равный отношению давления на излучающей поверхности к ее виброскорости: z = р/и. (3.2)
Акустический импеданс - комплексная величина. Действительная часть импеданса, так называемое активное акустическое сопротивление, характеризует потери энергии на излучение; а мнимая, так называемое реактивное акустическое сопротивление, - периодический обмен энергией между излучателем и прилегающими к нему слоями среды [24].
В промышленности для очистки деталей, тонкого диспергирования и эмульгирования, для интенсификации различных технологических процессов широко применяют ультразвук. Ультразвуком обрабатывают водные суспензии глинистых пород и глинистые комовые породы с естественной структурой [33]. Различие в свойствах обрабатываемых объектов и условиях ультразвуковой обработки обусловливает различия в процессах диспергирования.
Цель ультразвуковой обработки суспензий, в которых глинистые породы предварительно разрушены до уровня взвешенных в воде агрегатов минеральных частиц, - диспергирование этих агрегатов на первичные частицы. При повышении степени дисперсности частиц повышается устойчивость глинистых суспензий.
Отмечается, что эффективность диспергирования прямо пропорциональна интенсивности ультразвука. Установлено, что агрегаты глинистых частиц разрушаются вследствие разности скоростей колебания агрегатов и жидкости, проявления инерционных сил и действия кавитации. Таким образом, под воздействием ультразвука расшатывается структура агрегатов глинистых частиц, уменьшается прочность и происходит диспергирование. По-иному протекает процесс диспергирования комовых глин. Эффективность действия на такие по роды ультразвуком резко снижается [14].
В таких случаях ультразвук целесообразно использовать в комплексе с механическим перемешиванием материала. По сравнению с диспергированием глинистых пород при механическом перемешивании, обработка ультразвуком сокращает время полного диспергирования в 3-8 раз [34]. Одним из способов повышения диспергирующего действия ультразвуковых колебаний является использование повышенного гидростатического давления. Совместное действие механического перемешивания и ультразвука при повышенном гидростатическом давлении повышает интенсивность диспергирования примерно в 5 раз по сравнению с действием механического перемешивания и ультразвука без повышенного гидростатического давления. Наиболее эффективно диспергирование при давлении 0,2 МПа [24].
Физика процесса диспергирования комовых глинистых пород существенно отличается от физики процесса диспергирования агрегатов глинистых пород, находящихся во взвешенном в воде состоянии. Это различие обусловлено в первую очередь условиями ультразвуковой обработки; глинистые суспензии являются средой, в которой распространяются ультразвуковые волны; поверхность комовой глины представляет собой границу раздела фаз, на которой ультразвуковые волны отражаются и рассеиваются. Из-за такого отражения и рассеивания эффективность диспергирования под действием ультразвука незначительна. Основное влияние на разрушение комовых глин оказывают эффекты, возникающие под действием ультразвукового поля: кавитация, радиационное давление и акустические течения.
Электроимпульсный способ дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей
Содержание глинистой фракции (-0,005 мм) по результатам ситового и седиментационного анализа изменяется от 36 до 93 %, и в среднем по блоку составляет около 60 %.
Способ подготовки к извлечению ценного компонента при отработке данного месторождения включает подготовку песков (окучивание), размыв (дезинтеграцию) на гидровашгерде. Фракция +80 мм перемещается в отвал струей гидромонитора. Подрешетный материал крупностью -80 мм из приемного бункера подается землесосом по пульповоду на шлюз глубокого наполнения, армированный резиновыми ячеистыми ковриками и трафаретами лестничного типа высотой 80 мм. При промывке сцементированных высокоглинистых песков существенное влияние оказывает первоначальный размер кусков, поступающий для дальнейшей дезинтеграции на стол гидровашгерда, и их влажность.
Данная технологическая схема (рисунок 4.1) позволяет производить частичную дезинтеграцию песков на отдельные фрагменты за счет послойного срезания бульдозером слоев породы, а также производить перемешивание (усреднение) и истирание песков. 1- участок подготовки песков - (окучивание осуществляется веерной системой бульдозером Т-35), 2 - зона подачи песков бульдозером Т-170 по сформированной дорожке на гидровашгерд, 3 - гидромонитор, 4 - гидровашгерд, 5 - землесос «Warman 10-12 GG», 6 “ галечный отвал. Рисунок 4.1 - Схема подготовки песков к обогащению При небольших содержаниях глины в добываемых песках (не более 20 %) и высокой их влажности наблюдается снижение выхода глинистых окатышей напромприборах[63].
При более выеоких значениях содержания глинистых компонентов наблюдается противоположный эффект. В процессе выемки песков происходит их уплотнение и формирование плотных навалов. Частичным решением данной проблемы для мееторождения «Колчан» возможно использование механического рыхления, что позволит регулировать средний размер куска породы, поступающего для дальнейшего обогащения, а также интенсифицировать процесс подсушивания верхних слоев, тем самым, повысив степень дезинтеграции песков, но реализация данного способа осложняется тем, что рыхление продольными и поперечными заходками длительным и затратный процесс.
Повторное окучивание, промывка и складирование песков приводят к существенному росту себестоимости одного грамма золота. При отработке месторождений с низким исходным содержанием золота в добываемых песках (месторождение «р. Колчан»), в пределах (200-600 мг/м3) и преобладанием мелкого и тонкого золота отработка с повторной промывкой гале- эфельных отвалов на таких месторождениях не рентабельна [64].
Схема подготовки и обогащения высокоглинистых песков (рисунок 4.2) с использованием землесоса с пульпопроводом длиной около 300 метров реализованная на месторождении р. Колчан позволила добиться степени дезинтеграции песков в пределах до 60 %, при этом извлечение не превышало 50-60 % .
При среднем содержании золота в песка около 400 мг/м и извлечении металла в пределах 50-60 % данная технология отработки месторождения практически убыточная. Так как использование землесоса существенно повы шает энергоемкость переработки песков необходимо применение комплексного воздействия на высокоглинистые пески, а в частности на глинистые окатыши, которые образуются на шлюзовых промприборах. А ,, п-Л 1 - исходные высокоглинистые пески; 2 - гидромонитор; 3- гидровашгерд; 4 - землесос; 5 - пульпопровод; 6 - промприбор ПГШ-50 (со шлюзами мелко наполнения); 7 - эфельный отвал; 8 - водопровод. Рисунок 4.2 - Схема подготовки и обогащения высокоглинистых песков россыпного месторождения р. Колчан Решения проблемы дезинтеграции высокоглинистых песков многими авторами были основаны на создании дезинтегрирующих устройств, использующих, как правило, один вид энергии, при этом в технологических схемах дезинтегрирующие аппараты устанавливались перед обогатительным оборудованием, в этом случае энергоемкость рассчитывается по формуле: Е = Еподг. + Едези„. + Еобог., (4.1) где: Е „одг - энергия, затрачиваемая на подготовку песков к обогащению: рыхление и окучивание песков; Е дезин. - энергия, затрачиваемая на дезинтеграцию высокоглинистых песков; Е обог. - энергия, затрачиваемая на обогащение.
Существенным снижением энергоемкости процесса дезинтеграции высокоглинистых песков, по мнению автора работы, можно достичь, устанавливая дезинтегрирующие устройства не перед шлюзовыми приборами, а в хвостовой части прибора. Это позволит не производить дезинтеграцию всего материала, поступающего на прибор, а только его части, которая не подверглась первичному разрушению.
Энергоемкость процесса в данном случае будет представлена следующим выражением Е = Е подг. + Е обог. + (Е дези„. хк), (4.2) где Е подг - энергия, затрачиваемая на подготовку песков к обогащению рыхление и окучивание песков; Е обог. - энергия, затрачиваемая на обогащение; Е дезин. - энергия, затрачиваемая на дезинтеграцию высокоглинистых песков с использованием спирального дезинтегратора (электроимпульсная и гидромеханическая дезинтеграция высокоглинистых песков); к “ коэффициент дезинтеграции (отношение объема подаваемых песков на дезинтеграцию к объему песков поступающего на первичное обогащение). Для снижения объема поступающего со шлюзов гравия и галечника из процесса дезинтеграции глинистых окатышей предложена схема, позволяющая частично убрать эти крупные включения. Данная схема реализуется следующим образом: - пульпа, проходя по шлюзам глубокого наполнения, поступает на наклонное сито (угол 15-25), где происходит полное обезвоживание; - в конце наклонного сита устанавливается виброплита, которая за счет раз личных свойств упругости глинистых окатышей, гальки и щебня, производи! их разделение, при этом отбрасываются крупные камни в специальный бункер. Конструкция бункера-обезвоживателя представлена па рисунок 4.3. 1- хиостовая часть промприбора III 111-50; 2 - бункер с просеивающей поверхностью 3-5 мм для обезвоживания хвостов промприбора; 3 - виброплита; 4 - лоток для сброса отброшенных талечниковых включений; 5 - блок злектроимпульсиой дезинтеграции; 6 - патрубок для вывода подрешетной воды; 7 - приемный бункер спиральною дезинтегратора. Рисунок 4.3 - Схема обезвоживания пульпы с последующим ее разделением
