Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ минерально-сырьевой базы, техники и технологии добычи золота. Направление, цель и задачи исследования 9
1.1. Минерально-сырьевая база добычи золота 9
1.1.1. Общая характеристика заносов для добычи золота 9
1.1.2. Характеристика россыпных месторождений золота 10
1.1.3. Характеристика коренных месторождений золота 11
1.1.4. Техногенные золотосодержащие образования 15
1.1.5. Современное состояние минерально-сырьевой базы золотодобычи
1.2. Техника и технология добычи золота при разработке россыпных месторождений (традиционные схемы) 20
1.3. Основные положения дезинтеграции глинистого материала золотосодержащих песков россыпей 27
1.4. Основная концентрация золота на шлюзах и отсадочных машинах 34
1.4.1. Основные принципы гравитационного обогащения 34
1.4.2. Обогащение на шлюзах 35
1.4.3. Обогащение на отсадочных машинах 45
1.5. Оборудование и технология центробежного извлечения мелкого золота 54
1.6. Кучное выщелачивание 66
1.7. Анализ закономерностей фракционирования обломочных и зернистых материалов 71
1.8. Анализ проницаемости намытых массивов грунта 76
1.9. Цель и задачи исследования 77
2. Исследование закономерностей дезинтеграции глинистых пород потоком воды. Определение степени дезинтеграции глинистых пород 83
2.1. Схематизация процесса размыва глинистых пород. Определение технологических параметров размыва по гранулометрическому составу и физико-механическим свойствам (ФМС) пород 83
2.1.1. Общие положения схематизации процесса размыва напорной струей воды 83
2.1.2. Размыв пород за счет касательных напряжений 84
2.1.3. Размыв пород за счет гидродинамического действия струи 88
2.1.4. Определение параметров размыва по гранулометрическому составу пород
2.2. Оценка соответствия расчетных (теоретических) и практических значений степени дезинтеграции при размыве глинистых пород напорной струей воды 100
2.2.1. Общая характеристика экспериментальных работ и наблюдений по определению степени дезинтеграции глинистых пород при размыве 100
2.2.2. Определение степени дезинтеграции пород гидромониторной струей малого напора в лабораторных условиях 101
Выводы по главе 2 109
3. Исследование закономерностей центробежного грохочения и классификации золотосодержащих песков. Расчет параметров разделения на коническом грохоте 110
3.1. Анализ динамики потока и расчет расхода воды в коническом грохоте 110
3.2. Анализ закономерностей центробежного разделения зернистых материалов. Расчет эффективности грохочения 120
3.3. Исследование параметров центробежной классификации и первичного обогащения на лабораторной установке 121
3.3.1. Характеристика лабораторной установки 121
3.3.2. Определение расходной характеристики конического гидрогрохота 126
3.3.3. Определение классификационной характеристики гидравлического грохота по крупности частиц 128
3.3.4. Определение классификационной характеристики гидрогрохота по плотности частиц 130
Выводы по главе 3 133
4. Исследование закономерностей фракционирования частиц породы по крупности на откосе намыва. Определение гранулометрического состава пород в зонах намытого массива 135
4.1. Схематизация процесса фракционирования по крупности при намыве 135
4.1.1. Статическая схема 135
4.1.2. Динамическая схема 136
4.2. Исследование распределения частиц породы по крупности на откосе намыва 142
4.2.1. Общая характеристика объектов наблюдения, методы и результаты измерений 142
4.2.2. Анализ результатов измерений и выводы 149
4.3. Функция распределения частиц по крупности на откосе намыва 154
4.4. Закономерности растекания потока гидросмеси на откосе намыва. Определение удельного расхода веды 161
4.5. Методика расчета прямого фракционирования частиц і породы по крупности на откосе намыва 167
Выводы по главе 4 173
5. Определение параметров распределения частиц большой плотности на откосе намыва грунтов 174
5.1. Схематизация процесса соосаждения частиц большой плотности на откосе намыва грунтов 174
5.2. Определение функции распределения частиц большой плотности на откосе намыва грунтов 176
5.3. Определение коэффициента равноскоростности частиц разной плотности и крупности на откосе намыва грунтов 180
5.4. Аналитическое выражение ситового состава золота 194
Выводы по главе 5 197
6. Определение водопроницаемости намытых пород 198
6.1. Фильтрационные свойства намытых грунтов 198
6.2. Аналитическое выражение гранулометрического состава намытых грунтов 198
6.3. Исследование зависимости коэффициента фильтрации намытых грунтов от гранулометрического состава 206
Выводы по главе 6 210
Заключение 211
Список литературы
- Характеристика коренных месторождений золота
- Общая характеристика экспериментальных работ и наблюдений по определению степени дезинтеграции глинистых пород при размыве
- Исследование параметров центробежной классификации и первичного обогащения на лабораторной установке
- Методика расчета прямого фракционирования частиц і породы по крупности на откосе намыва
Характеристика коренных месторождений золота
Промышленная ценность отвальных техногенных россыпей обусловлена способом первичной разработки, уровнем развития техники и технологии производства работ, качеством их выполнения. По способу первичной разработки и связанному с ним способом формирования отвалов отвальные техногенные россыпи разделим на следующие типы: отвалы торфов вскрыши; отвалы хвостов промывки дражной разработки; отвалы хвостов промывки гидромеханизированной разработки.
Отвалы хвостов гидромеханизированной разработки (гидравлического, бульдозерно-гидравлического, экскаваторно-гидравлического способов) представляют собой гидроотвалы. Их формирование проходило по следующей типовой схеме. Поток пульпы, поступающий с хвостовых колод промывочной установки при падении на отвал образует воронку размыва, где гасится кинетическая энергия потока, происходит отложение крупного материала. Максимальная крупность ограничивается размерами приемного грохота промывочной ус тановки и не превышает 150-180 м. Средний и мелкий материал выбивается из воронки, после чего пульпа движется сосредоточенным потоком, затем разбивается на несколько ручейков. Глубина потока вначале 12-15 см, затем при растекании 3-5 см. В зависимости от динамики потока пульпы происходит перераспределение гранулометрического состава хвостов промывки по длине откоса гидроотвала. Крупный материал концентрируется в районе падения (поступления) потока пульпы, а в отстойный прудок гидроотвала выносятся частицы крупностью менее 0,1-0,076 мм. Полного выноса мелких и тонкодисперсных частиц в отстойный прудок не происходит, эти частицы встречаются по всей длине надводной части гидроотвала. Фракционирование частиц продолжается в отстойном пруду. На первых метрах пруда выпадает большая часть частиц крупнее 0,05 мм, частицы меньшей крупности оседают в зависимости от параметров отстойного пруда и образуют илисто-глинистую зону гидроотвала.
Аналогично происходит и распределение металла на откосе гидроотвала [104]. Установлено, что при среднем содержании золота по площади гидроот-вала 10 мг/м , в первой зоне 87-157 мг/м крупностью более 0,1 мм (до 0,2-0,315 мм) и в иловой зоне 0,5-0,8 мг/м крупностью менее 0,1 мм.
Техногенные отложения при дражной разработке представлены эфель-ными и галечными отвалами хвостов промывки. Эфельная и галечная фракция промышленного пласта после промывки и извлечения металла укладываются в соответствующие отвалы наклонными слоями в порядке обратном их размещению в россыпи. Так как повышенные содержания металла находятся обычно в нижних приплотиковых слоях россыпи, то наиболее обогащенные его потери будут находиться в верхних слоях эфельного и галечного отвалов. Однако, при отсыпке галечного отвала крупные не размытые комки глинистого материала («окатыши») скатываются к основанию галечного отвала, где в результате современного выветривания возможна дополнительная концентрация металла на поверхности эфельного отвала. Исследованиями [104] галечно-эфельных фракций в долине р. Серебрянки отмечаются устойчивые повышенные (до 60-120 мг/м ) концентрации золота.
Исследования [59] хвостохранилищ Норильского комбината позволило выделить и предварительно оценить новый тип уникальных по ресурсам плати-ноносных россыпей - техногенный. Норильские техногенные платиноносные россыпные объекты сформировались в течение нескольких десятилетий при отработке богатейших сульфидных платиноидно-медно-никелевых месторождений с очень высокими содержаниями платиновых металлов (МПГ) в рудах и складировании хвостов их обогащения. По результатам многолетних наблюдений максимальные потери МПГ (2-20 % Pt, 4-15 % Pd, 7-50 % Rh, 10-45 % Ir, 14-80 % Ru и Os) в обогатительно-металлургическом комплексе приурочены к хвостам обогатительных фабрик, составляющим около 300 т сухого вещества и являющимися очень крупными по запасам техногенными россыпными месторождениями. Оцененные прогнозные ресурсы в 500-650 т МПГ дают основание считать изученный объект уникальной платиноносной россыпью, не имеющей аналогов в мире. Основные запасы МПГ сосредоточены в классе —0,140 мм.
На основании проведенного анализа минерально-сырьевой базы золотодобычи можно сделать следующие выводы.
Минерально-сырьевая база представлена россыпными, коренными и техногенными месторождениями. Обеспеченность запасами в основном коренных и техногенных месторождений (150 и более лет), обеспеченность запасами россыпных месторождений примерно в 10 раз меньше.
Золото россыпных, коренных и техногенных месторождений мелкое и тонкодисперсное. Распределение золота в техногенных месторождениях связано с технологией складирования золотосодержащих материалов, главным образом, с динамикой водного потока, т.к. основным способом складирования является намыв.
Пески из черпаков через завалочный люк поступают в дражную бочку, где происходит их дезинтеграция и классификация. Надрешетный продукт (га-ля) конвейером направляется за корму драги. Подрешетный продукт (эфеля) через подбочечный распределитель поступает на обогатительные устройства (шлюзы, отсадочные машины). Перед второй операцией обогащения применяется предварительное обезвоживание эфелей в классификаторах и гидроциклонах. Хвосты основной концентрации направляются в отвал, а первичный кон центрат - на перечистные и доводочные операции. Перечистка гравитационного концентрата производится в основном на шлюзах, отсадочных машинах и концентрационных столах. Хвосты перечистки первичного концентрата также отводятся в отвал, а шлиховой концентрат подвергается доводке с применением амальгамации. Окончательная очистка, наряду с применением указанных методов, может осуществляться магнитной сепарацией, отдувкой и т.д. Такая схема обработки позволяет получать готовую продукцию в виде шлихового золота, а также отходы, подвергающиеся контрольной обработке. Контрольная обработка отходов производится в специализированных шлиходоводочных цехах (ШОУ, ШОФ и т.д.).
Общая характеристика экспериментальных работ и наблюдений по определению степени дезинтеграции глинистых пород при размыве
В этой связи подготовка золотосодержащего сырья заключается в обеспечении необходимой крупности дробления и окомкованием, удалением илисто-глинистых фракций (обесшламливанием) таким образом, чтобы при -формировании штабелей и куч обеспечить равномерное распределение материала и необходимую скорость фильтрации (1-2 м/сут). Выщелачиваемые руды в штабелях KB по крупности подразделяют на крупнокусковые со средними размерами 150-200 мм (это преимущественно металлосодержащая горная масса ранее сформированных песков, сюда входят трещиноватые руды с прожилко-вой минерализацией), среднедробленые с диаметром куска 20-50 мм (рядовые руды большинства месторождений полезных ископаемых) и мелкодробленые с размерами 1-5 мм (пески пульпо- и хвостохранилищ, упорные руды с тонкодисперсной минерализацией золота и другие).
Например, размер частиц горной массы многих отвалов золоторудных карьеров 200 мм и более. В результате золото, находящееся внутри куска горной массы (при его больших размерах), не обрабатывается выщелачивающими растворами (табл. 1.25), так как доступ активного реагента к нему ограничен мощным слоем минеральной матрицы. Требуется дополнительное дробление крупнокусковых пород и негабаритов до кондиционных размеров ( 100 мм).
В хвостохранилищах золотоизвлекательных и обогатительных фабрик горная масса наоборот, сильно переизмельчена, что приводит к ее зашламлива-нию при обработке выщелачивающими растворами и, как следствие, к снижению фильтрационных свойств (табл. 1.26) определяемых гранулометрией руд, а также наличием илистых фракций, резко затрудняющих процесс дренирования раствора.
Поэтому приходится осуществлять предварительную агломерацию переизмельченной горной массы и другие мероприятия, способствующие повышению фильтрации выщелачивающих растворов.
Осложнения при KB связаны и с наличием глинистых материалов (главным образом каолинитов), которые при обработке растворами рН = 11-12 частично растворяются, что приводит к последующему выделению в осадок аморфной кремнекислоты. Одновременно происходит набухание частиц глин. Коллоидные и набухшие частицы забивают каналы между кусками выщелачиваемой руды, что заметно замедляет скорость движения раствора и ухудшает его проникновение ко всем зонам штабеля. Как следствие, снижается полнота извлечения золота из подобного сырья.
Наличие илисто-глинистых частиц в штабеле приводит также к их смыванию раствором из верхних слоев в нижние, происходит кольматация нижних слоев и, соответственно, резкое снижение скорости фильтрации. Кроме того, при сухой механической загрузке без специального предварительного перемешивания практически невозможно обеспечить одинаковую плотность насыпи, что приводит к образованию в насыпи зон с различной плотностью и водопроницаемостью Большая водопроницаемость одних зон (до 5-6 м/сут и более) приводит к образованию «провальных» зон, через которые происходит фильтрация всего раствора, при этом не обеспечивается выщелачивание в других зонах. Образование зон с небольшой проницаемостью (0,05-0,1 м/сут и менее) дестабилизирует режим просачивания и процесс выщелачивания в целом.
При чановом выщелачивании наряду с механической сухой загрузкой применяется гидромеханизированная. Достоинством гидромеханизированной загрузки является отмыв (вынос) мелких частиц при загрузке, равномерность распределения материала по объему чана. Целесообразно применять гидромеханизированную подготовку золотосодержащего сырья для KB, совместив эту операцию с транспортом сырья на промышленную площадку. Цель гидромеханизированной подготовки — выделение из сырья вредных фракций крупностью более 20 (100) мм и менее 0,25 (0,1) мм, а также перемешивание материала перед укладкой в штабель.
Выделение таких фракций широко применяется для классификации пес-чано-гравийных смесей при разработке месторождений землесосными снарядами. Технологическая схема подготовки материала для KB: - приготовление пульпы (размыв); - подача пульпы грунтовым насосом (гидротранспорт) на конический гидрогрохот для выделения крупных частиц; - подача подрешетного материала на карту намыва со сбросом илисто-глинистых частиц через шандорный колодец.
Расчетными параметрами гидромеханизированной подготовки является крупность частиц в отдельных зонах карты намыва и соответствующий этой крупности коэффициент фильтрации, а также крупность и содержание частиц золота в отдельных зонах намытого массива. Материал с карты намыва разделяется в соответствии с крупностью и коэффициентом фильтрации и укладывается в штабель для выщелачивания. Предварительная гидромеханизированная подготовка позволит стабилизировать режим выщелачивания, оптимизировать технологические параметры процесса, повысить извлечение золота.
Исследование параметров центробежной классификации и первичного обогащения на лабораторной установке
Для обеспечения эффективности гравитационного обогащения золотосодержащих отложений (техногенных россыпей, хвостохранилищ обогатительных фабрик и т.п.) на шлюзах и отсадочных машинах необходимо соблюдение следующих условий: - обеспечение узкой классификации перед обогащением; - создание взвешенного слоя частиц (постели) для разделения по крупности и плотности.
Такие условия можно обеспечить при грохочении материала на коническом гидравлическом грохоте (КГГ). Конический гидрогрохот представляет собой сварную металлическую конструкцию и состоит из внутреннего и внешнего цилиндров, переходящих в конус. Внутренние цилиндр и конус перфорированы. Исходная смесь подается по патрубку, тангенциально врезанному во внутренний цилиндр. Благодаря такому вводу образуется вращающийся поток гидросмеси, покрывающий цилиндрическую и верхнюю части внутреннего конуса. Мелкие фракции отбрасываются центробежной силой через отверстия цилиндра и сливаются через патрубок подрешетного продукта (эфельный патрубок). Частично обезвоженные крупные фракции сливаются через другой патрубок, выходящий из внутреннего конуса (галечный патрубок). Такой грохот может делить гидросмесь на две части при соотношении твердого материала к жидкому в пределах от 1 : 4 до 1 : 20. Конические грохоты широко используются как в качестве аппаратов грохочения, так и для обезвоживания гидросмеси.
В зависимости от конструктивных особенностей КГГ, используемые для грохочения, можно разделить на два типа - КГГ имеющие грохот (сито) в виде цилиндрической и конической частей с дополнительным пульпоотборником [109] и КГГ только с коническим грохотом [92]. Первоначальная конструкция конического грохота (КГ) была разработана коллективом авторов (Кабановым В.И., Кисловым В.А., Сивокиным Ю.А., Симусевым В.И., Хрусталевым М.И.) [154], в этой конструкции предусмотрены цилиндрическая и коническая части грохота. КГГ с пульпоотборником разработан под руководством Т.И.Пеняскина [109], в его конструкции предусмотрен пульпоотборник (рис. 3.1, 3.2).
Основные технологические, характеризующие работы КГГ: - расход пульпы, проходящей через сито грохота (пропускная способность, производительность КГГ); - соотношение Т : Ж в надрешетном и подрешетном продуктах; ПО извлечение фракций различной крупности в подрешетный продукт.
Проанализировав формулы (3.1-3.4) можно сделать следующий вывод -определяющими факторами производительности КГ в этих формулах являются диаметр подводящего патрубка, диаметр цилиндрической части, скорость ввода пульпы, площадь отверстий; все другие факторы (размеры отверстий, диаметр патрубка разгрузки, высота цилиндрической и конической частей, толщина сита, угол конусности) учитываются общим коэффициентом. В табл. 3.3 приводится сравнение расчетных значений производительности конического гидрогрохота КГ-300 (табл. 3.2).
Диаметр питающего патрубкаДиаметр сливного патрубка, ммДиаметр патрубка крупной фракции, ммДиаметр кожуха, ммВнутренний диаметр цилиндрического сита, ммВысота цилиндрического сита, ммУклон рабочей поверхности конического сита, град 426 426 426 2512 1920 1030 30
Площадь рабочей поверхности сита, м2 7,93 Межколосниковый зазор, мм 8-25 Как видно из показателей табл. 3.3, расчетная производительность только по формуле (3.1) соответствует подаче гидросмеси в гидрогрохот и составляет « 70 %, по другим формулам (в том числе по формуле НТП) расход гидросмеси в 1,5-4,7 раза превышает подачу гидросмеси в КГ.
Наблюдения [132] за характером движения гидросмеси по решету показали, что на цилиндрической части гидросмесь не удерживается и обычно более половины решета не участвует в работе. Вдоль цилиндрической части движется в основная жидкая фаза гидросмеси, которая быстро проходит через щели, практически не участвуя в процессе разделения исходного материала, а материал концентрируется в нижней конической части решета. Все это затрудняет условия классификации. В этой связи для использования КГГ в схемах обогащения золотосодержащих отложений нами разработан (рис. 3.3) грохот без цилиндрической части.
При грохочении смеси на конической части грохота образуется слой крупного материала, который аналогичен постели на решете отсадочной машины. При одинаковых размерах частицы минералов большой плотности в центробежном поле имеют большую скорость и вероятность прохождения через постель, чем частицы небольшой плотности. Таким образом, при классифика-i ции смесей минералов различной плотности КГГ является обогатительным аппаратом. В технологической цепи гравитационного извлечения золота на шлюзах, отсадочных машинах КГГ будет являться и классифицирующим аппаратом и аппаратом предварительного обогащения.
Проанализируем динамику потока воды в гидрогрохоте с целью наиболее полного учета факторов, определяющих его производительность, с учетом конструктивных изменений (без цилиндрической поверхности решета).
Расход гидросмеси через отверстия грохота рассчитывается по аналогии с расчетом расхода жидкости через отверстие в дне сосуда Qu, = S0 «9Щ = М So л/2Я-Н0, (м/с) (3.5) где ищ - скорость движения потока через отверстие, м/с; So - площадь отверстия, м2; ц. - коэффициент расхода; q = 9,81 м/с2; Но - напор жидкости перед отверстием, м.
Методика расчета прямого фракционирования частиц і породы по крупности на откосе намыва
При разведке золотосодержащих месторождений, как правило, ограничиваются определением класса крупности золота -0,25 мм, очень редко класса -0,074 мм. Отмыв мелких частиц грунта повлечет за собой и вынос мелких частиц золота, содержание которых неизвестно. С целью обоснования экстраполяции результатов ситового анализа и определения содержания частиц мелких фракций (особенно тонкодисперсных частиц) предложена аппроксимация распределения частиц по крупности логарифмическим нормальным законом распределения случайных величин [64, 111]. Также, как и при выражении гранулометрического состава намытых грунтов (пп. 2.1.4, 6.2), для оценки возможности аналитического выражения ситового состава золота воспользуемся графическим приемом, нанесем значения ситового состава с специальной сетке координат.
На рис. 5.16 приводятся графики ситового состава золота месторождений Урала, Западной Сибири, Якутии в логарифмической вероятностной и двойной логарифмической сетках координат. Спрямление графика в логарифмически вероятностной сетке координат с переломом в области 0,15-0,4 мм свидетельствует о логарифмически нормальном распределении частиц золота по крупности с различными параметрами в областях менее 0,15 (0,4) мм и более 0,15 (0,4) мм. Вместе с тем, спрямление графика в двойной логарифмической сетке координат свидетельствует о возможности аналитического выражения ситового состава золота формулой Розина-Раммлера с постоянными параметрами распределения по всему диапазону крупности
Проведенный анализ водопроницаемости намытых грунтов показал, что величина коэффициента фильтрации зависит от крупности частиц, плотности и пористости грунта, от температуры воды, гранулометрического состава пород. Исходными параметрами для расчета являются эффективный (действующий) диаметр частиц сЦ, = dio = de, контролирующий диаметр d60, средний диаметр dcp, пористость п, кинематическая вязкость воды і. Значения размера частиц d; -отражают гранулометрический состав грунта. Пористость дисперсных грунтов зависит от формы и размеров частиц, от неоднородности гранулометрического состава. Таким образом, гранулометрический состав грунтов (размер частиц, однородность) является определяющим фактором водопроницаемости пород. Наиболее полно гранулометрический состав отражен в формуле Павчича М.П. крупностью частиц соответствующей выходу 10 %, 17 % и 60 %, однако и в этом случае не учитывается общая крупность грунта, не учитывается конкретность, особенности гранулометрического состава. В своем исследовании мы определяем значения коэффициента фильтрации с учетом полной характеристики гранулометрического состава грунтов, для этого необходимо аналитически выразить гранулометрический состав намытых грунтов.
Исследованиями установлено. [3, 2, 36, 81], что гранулометрический состав измельченных материалов можно рассматривать как статистическую совокупность и выразить аналитически формулой. Для этого предложены ряд формул [см. монографии 3, 2, 81], но для выражения природных зернистых материалов наиболее соответствующей является формула Розина-Раммлера [36]. Как показано в п. 4.3 распределение частиц на откосе намыва следует нормальному закону распределения случайных величин. Это дает основание предположить, что гранулометрический состав намытых грунтов также можно выразить формулой Розина-Раммлера. Суммарная характеристика гранулометрического состава где R - суммарный выход частиц по плюсу (остаток), %; D - суммарный выход частиц по минусу (проход), %; d - крупность частиц, мм; a, b - параметры распределения. Возможность применения формул (6.1) для аналитического выражения гранулометрического состава намытых грунтов легко проверяется графически суммарная характеристика гранулометрического состава в этих координатах должна иметь вид прямой.
В качестве исходных данных для установления возможности аналитического выражения гранулометрического состава намытых грунтов нами приняты гранулометрические составы намытых хвостов обогатительных фабрик, опубликованные в [139] (табл. 6.1), намытых отвалов каолиновых грунтов на Ир-шанском ГОКе [83] (табл. 6.2), результаты наших исследований
