Введение к работе
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 A.. 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 электропровод
ных минералов, в том числе мелкого и тонкого золота, выявление
основных зависимостей его эффективности при одновременном воз
действии гравитационного и магнитного полей и создании комбиниро
ванных силовых режимов разделения от физических характеристик
магнитного поля (напряженности, градиента напряженности, шага по
люсов) и физико-технических свойств извлекаемых минералов (плот
ности, 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:
-
Механизм захвата частиц золота широкого диапазона крупности из потока, содержащего магнетит, в самогенерирующуюся структуру на магнитной осадительнои 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 магнетитовими 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.
-
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 осадительнои поверхности происходит за-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 магнетитовьши 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.
-
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.
-
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.).
-
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.
-
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.