Гидромеханические закономерности магнито-гравитационного обогащения золотосодержащих шлихов Максимов, Руслан Николаевич

Введение к работе

Актуальность работы

Основное количество золота в Российской Федерации в настоящее время добывается из россыпей. Решается эта задача огромным количеством мелких и средних самостоятельных предприятий, на которые распалась бывшая золотодобывающая промышленность. Вновь образованные золотодобывающие структуры в силу экономических и организационных трудностей используют часто малоэффективные и вредные для здоровья технологии, аппараты и методы, к которым можно отнести ручное разбуторивание шлюзовых постелей, ручную доводку скребками на вашгердах, столах или просто в лотках, амальгамацию, отдувку и прочее. Все это отрицательно сказывается на экономических показателях предприятий и экологической обстановке в районе добычи. Такое положение дел требует-разработки принципиально новых технологий и аппаратов, коренной модернизации и повсеместного внедрения существующих современных средств и методов выделения свободного золота из серых шлихов. Одним из таких методов является обогащение шлихов в ферромагнитных коллоидах.

Цель работы

Повысить экономическую эффективность обогащения золотосодержащих шлихов и улучшить условия труда за счет усовершенствования оборудования для магнито-гравитационной сепарации.

Идея работы

Разработать новые конструкции эффективных, мобильных и надежных сепараторов для магнито-гравитационного обогащения золотосодержащих шлихов. При усовершенствовании магнитожидкостного сепаратора использовать принцип свободного перемещения частиц в рабочей зоне. Для выделения пустой породы перед МЖ-сепарацией разработать гидросепаратор, используя наиболее рациональные технические решения, заложенные в концентраторы с восходящим турбулентным потоком воды. Разработку указанных аппаратов выполнить на базе глубоких теоретических и экспериментальных исследований гидромеханических условий движения минеральных частиц в разделительных средах.

Методика исследований

Теоретические исследования выполнены с учетом основополагающих законов гидродинамики обтекания тел. При этом широко использованы известные методы аналитического и численного решения дифференциальных уравнений движения частиц, математического и физи-

ческого моделирования разделительных процессов, методы системного анализа и математической статистики. Технологические эксперименты осуществлены на серийно выпускаемых, а также разработанных автором лабораторных и промышленных обогатительных аппаратах. Научная новизна

1. Теоретически обоснована технология получения магнетита для синтеза маловязких ферроколлоидов. пригодных для магнитожид-костной сепарации минералов. Экспериментально определены условия снижения полидисперсности коллоидной системы за счет оптимизации концентрации и скорости смешения исходных растворов, интенсивности перемешивания. Получены уравнения, связывающие режимные параметры синтеза с крупностью коллоидных частиц.

2. На основе обобщения теоретических исследований установлено изменение вязкости ферроколлоидов в магнитном поле в зависимости от его направления и скорости сдвига. Экспериментально установлено, что сопротивление движению тел вдоль силовых линий магнитного поля в рабочей зоне МЖ-сепаратора на 20-30 % меньше, чем поперек. Предложены формулы, аппроксимирующие экспериментально полученную зависимость коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса при движении вдоль силовых линий.

3. Составлены и решены дифференциальные уравнения вертикального и горизонтального свободного движения частиц в псевдоутяже-ленных ферроколлоидах. Получены точные аналитические выражения для определения скорости осаждения частиц в ламинарном и турбулентном режимах.

4. Выполнен теоретический анализ вибротранспорта тяжелых минералов по дну вибролотка, заполненного ферроколлоидом, в неоднородном магнитном поле. Получены скоростные диаграммы виброперемещения частиц в ферромагнитной жидкости.

5. Построена математическая модель движения частиц в рабочей зоне МЖ-сепаратора. Составлена программа расчета на ЭВМ траектории движения разделяемых минеральных частиц.

Практическое значение работы

1. На базе теоретических исследований разработан и испытан ряд лабораторных моделей МЖ-сепараторов новых конструкций. Лучшие результаты получены на сепараторе, в котором основной поток легких частиц свободно плывет вдоль силовых линий по поверхности ферроколлоида, а промпродуктовые частицы перемещаются в объеме жидкости поперек силовых линий. Тяжелые частицы, утонув, остаются на дне сепарационной камеры. По данной схеме изготовлен и всесто-

ронне испытан опытный образец МЖ-сепаратора производительностью до 50 кг/ч. На искусственных смесях определена зависимость его эффективности от крупности минералов, разности в их плотности и концентрации ферроколлоида. Извлечение золота из проб шлихов при степени концентрации 400-600 единиц составило более 89 %.

2. На основе теоретического анализа конструктивных и технологических особенностей отечественных и зарубежных гидравлических концентраторов и классификаторов с восходящим потоком разработан, изготовлен и испытан ряд лабораторных моделей гидросепараторов для предварительного обогащения золотосодержащих шлихов. В результате многофакторного планируемого эксперимента получены математические модели разделения минералов в гидросепараторе, адекватные экспериментальным данным с уровнем значимости 0,05.

3. По результатам лабораторных испытаний на кварц-баритовых смесях минералов крупностью 0,4-0,1 мм определены оптимальные размеры, форма разделительных каналов и их сечения, форма дефор-маторов потока и расстояния между ними, точка подачи питания в гидросепаратор и другие конструктивные параметры. Получены уравнения, связывающие скорость потока и нагрузку с эффективностью разделения в гидросепараторе. Методом Монте-Карло определены оптимальные параметры процесса разделения.

4. Для классификации шлихов по крупности перед обогащением их на гидросепараторе разработан и исследован четырехситный виброгрохот. Установлены количественные закономерности влияния технологических и конструктивных параметров на эффективность классификации. Определена область оптимальных параметров грохочения: угол наклона сеток, нагрузка по питанию, толщина слоя материала, количество воды на орошение, амплитуда и частота колебаний.

Реализация работы

По результатам выполненных исследований разработаны магнито-жидкостные и гидравлические сепараторы, которые в составе сепара-ционных комплексов типа "Шлих-2" внедрены в технологию обогащения золотосодержащих шлихов с/а "Чукотка" (п. Комсомольский Чукотской АО), с/а "Георгий" (п. Мой-Уруста Магаданской обл.), с/а "Полярная" (п. Полярный Чукотской АО), ассоциации "Сибирское золото" (г. Бодайбо Иркутской обл.), с/а "Дендрит", "Заря-1", "Дамбукинская" (Амурской обл.). Во всех случаях достигнуты технико-экономические показатели, полностью удовлетворяющие "Заказчика". Стоимость золота, полученного с помощью разработанных аппаратов, многократно превышает затраты на их приобретение и эксплу-

атацию. Разработанные аппараты использованы для переработки лежалых и текущих хвостов ШОФ, хвостов ручной доводки шлихов, шлюзовых ополосков, а также труднообогатимых касситеритовых, пирит-ных, галенитовых и гранатовых промпродуктов, включая кассовые от-дувы разного качества и состава.

Апробация работы

Основные положения работы доложены и обсуждены:

на научно-технической конференции СКГТУ, посвященной 50-летию Победы над фашистской Германией;

на 2-ой международной конференции "Безопасность и экология горных территорий";

на секциях металлургического факультета научно-технической конференции СКГТУ, посвященной дню науки;

на научно-технических советах золотодобывающих предприятий Амурской, Магаданской областей и Хабаровского края, Чукотки и Якутии.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 8 работ. Получено положительное решение о выдачи патента РФ на изобретение. Результаты исследований изложены в научном отчете.

В технологии обогащения золотосодержащих шлихов до сих пор используют примитивные или вредные для здоровья операции отдувки, амальгамации, доводки на лотках, вашгердах, ручного разбуторива-ния шлюзовых постелей и т.п. При этом имеют место потери золота.

Одним из наиболее эффективных современных методов выделения свободного золота является магнитожидкостная сепарация шлихов в ферромагнитных коллоидах.

Способ разделения в магнитных жидкостях был разработан в СССР группой ученых под руководством У.Ц. Андреса и развит специалистами под руководством А.И. Берлинского. Большой вклад в освоение данного метода внесли СМ. Дворчик, В.А. Голодняк, В.Н. Гу-баревич , Ю.М. Гарин, Р. Д. Смолкин, А. И. Алипов, В. И. Кармазин, В. В. Кармазин, Н.Д. Кравченко, Е. В. Гуляихин, А. Б. Солоденко, А. А. Шишков и др. Широкому распространению данного метода препятствует сложность устройства и эксплуатации, высокая стоимость МЖ-сепараторов применяемых конструкций. Весьма перспективным нап-

равлением усовершенствования МЖ-сепараторов является использование в их устройстве принципа свободного перемещения частиц в рабочей зоне.

Эффективность использования МЖС зависит от качества подготовки шлихов, т.е. предварительного выделения из них магнитных и породных минералов. Для удаления пустой породы целесообразно разработать специальный гидросепаратор, взяв за основу концентраторы с восходящим турбулентным потоком, т. к. при достаточно высокой эффективности они наиболее просты по конструкции и условиям эксплуатации.

Повышение технологической и экономической эффективности обогащения серых шлихов возможно на основе разработки магнитожид-костных и гидросепараторов новых конструкций, для чего необходимо глубоко исследовать наиболее важные гидромеханические закономерности данных процессов. Необходимо всесторонне изучить динамику перемещения частиц в псевдоутяжеленных коллоидах, разработать математическую модель движения частиц на основе экспериментальных исследований гидродинамического сопротивления в данных средах, а также их реологических свойств в зависимости от методов приготовления ферроколлоидов. Для разработки рациональной конструкции гидросепаратора необходимо выполнить комплекс технологических экспериментов на лабораторных моделях и натурных образцах гидросепараторов, используя искусственные смеси минералов и пробы реальных шлихов.

Изучению гидродинамических параметров разделения минералов в магнитных коллоидах предшествовали исследования свойств данных разделительных сред и совершенствования способов их получения.

В практике магнитожидкостной сепарации минерального сырья в качестве разделительной среды преимущественно используют коллоидный раствор магнетита на углеводородной основе - керосине.

Проблема получения устойчивых магнитных коллоидов включает два аспекта: получение высокодисперсных частиц магнетита и стабилизация их в жидкой среде. Необходимым условием образования высокодисперсной системы является создание больших степеней пересыщения и небольших скоростей доставки вещества к растущим кристаллам.

Большое значение имеют также параметры осаждения: концентрация исходных компонентов, порядок и режим смешения реагирующих веществ, их соотношение, температура, интенсивность перемешивания.

С целью выяснения одновременного влияния на процесс получения коллоидной закиси-окиси железа скорости смешения солей двух-и трехвалентного железа с аммиаком (X)), интенсивности перемешивания (Х₂) и концентрации исходных веществ (Х₃) был реализован трехфакторный двухуровневый эксперимент (к = 3, N = 8).

Скорость смешения растворов солей железа с аммиаком варьировали в пределах 4,1-26,7 см³/с. Осаждение осуществляли в стеклянном реакторе диаметром 164 мм и высотой 250 мм. Перемешивание выполняли турбинной мешалкой с четырьмя вертикальными, радиально расположенными прямыми лопатками высотой 8 мм. Отношение диаметров реактора и несущего диска турбины составляло D/d = 2,34. Число оборотов изменяли от 500 до 2000 в минуту. Концентрацию растворов солей двух- и трехвалентного железа изменяли в пределах 100-400 г/дм³. После статистической обработки результатов опытов зависимость функции отклика от параметров процесса получения закиси-окиси железа аппроксимирована следующим уравнением регрессии, адекватным экспериментальным данным с надежностью не ниже 95 %:

Н = 23,173 + 0,814V - 1,003-10^-|п - 2.090-Ю^-1 С +

+ 8,250-10'⁵Vn - 2,006-10"³VC + 1.680-10^_5пС .. (1)

Лучшие результаты получаются при интенсивном перемешивании медленно сливаемых разбавленных растворов солей. Наоборот, быстрое смешение разбавленных растворов солей при небольшом перемешивании связано с осаждением крупных частиц, образующих коагуляци-онную структуру. При быстром пересыщении зародыши новой фазы не успевают образоваться, скорость их роста велика, возникает небольшое число крупных частиц.

Результаты выполненных исследований были учтены в процессе синтеза партии магнитного коллоида в количестве 200 литров, изготовленных и отправленных на разные промышленные объекты для маг-нитожидкостной сепарации золотосодержащих шлихов.

В работе выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований по определению вязкости и коэффициента сопротивления движению частиц вдоль силовых линий магнитного поля в объеме магнитного коллоида.

Исследования проводили с помощью физического маятника. Це-

лесообразно определять коэффициент сопротивления при максимальной скорости движения маятника, когда ускорение его стремится к нулю и меняет свой знак, т.к. движение маятника является неравномерным.

(pVgl - mga)sin0
у = , ₍₂₎

pd²l³(cp)² где ф₀ - угол отклонения маятника, при котором tp = max, tp =0. m - масса маятника, кг; 1 - длина маятника, м; р - плотность жидкости, кг/м³; d, V - диаметр и объем шара на конце маятника, соответственно м, м³.

Анализ результатов большого числа измерений подтвердил увеличение на 10-40 % (рис. 1) при перемещении маятника поперек силовых линий (Н 1 д) и не более чем на 10 % при перемещении вдоль, т.е. от полюса к полюсу (Н || 3).

Следовательно, в области малых и средних величин Re коэффи
циент сопротивления может быть определен выражениями:
33tK_v 44,25K_V

Ч_т= при Re < 1 и Ч»_т= при Re > 1. (3)

Re уПїе

в которых

К_у = 1 + 0.40 H/3_maxH_max . при Н 1 д И

K_V = 1 + О.ЩН/РиаАах -ПРИ Н || * .

здесь (5 - концентрация магнетита в коллоиде, 0_гаах = 0,1; Н - напряженность магнитного поля; H_max = 400 кА/м.

Полученные данные позволяют сделать весьма важный вывод о предпочтительности организации потоков разделяемых частиц в рабочей зоне магнитожидкостных сепараторов в поперечном относительно межполюсного зазора направлении.

Динамика вертикальных перемещений частиц в псевдоутяжеленных магнитных коллоидах рассматривается на базе определения эффективной плотности псевдоутяжеленного магнитного коллоида. Это возможно лишь в том случае, если рассматривать магнитный коллоид, как однокомпонентную сплошную среду с равновесной намагниченностью. В этом приближении механизм взаимодействия поля и среды учитывается введением в уравнение движения объемной магнитной силы.

f_M = MVU = jm_DV(M-H_e), где V = і-?— + 0-^- + k-2- , (4)

Эх Э у 9z

которая, с учетом некоторых приближений и преобразований (Н₄ « 0; Н_е = Н; rot Н_е = 0; М = M_s = const; VMH_e = MVH_e), принимает вид f^ = ji₀MVH. Тогда уравнением равновесия жидкости является выражение

f =~pg + Ji₀MVH. (5)

Представив равнодействующую силу f как p₃g и разделив обе части уравнения (5) на вектор g, получим выражение эффективной плотности ферроколлоида. при условии совпадения векторов g, VH.

Рэ = Р + МоМ - (6)

g Эту плотность называют эффективной плотностью среды разделения. Частицы плотностью р_т > р₃ тонут в такой среде, при р_т < р_э частицы в магнитном коллоиде всплывают. Имея в виду полученные выражения для величины W и р_э, можно аналитически определить основные параметры вертикальных перемещений частиц в объеме псевдо-утяжеленного магнитного коллоида.

Дифференциальное уравнение свободного падения шарообразной частицы в этом случае имеет вид:

<МРч ⁺ 4р)й = <МРч - Рэ) - 1.91ilipu² (7)

Решая это уравнение с учетом выражений у, полученных для
псевдоутяжеленных ферроколлоидов при малых значениях Re, определе
ны выражения пути и скорости осаждения частиц.
1 1
s = [t + (е-^т«^г - 1)] : (8)

ITlj иц
1 18К_УП

u = [1 - exp(-mjt)] , при m_t = . (9)

т, <З_ч^г(р_ч ⁺ р)

Для средних чисел Рейнольдса зависимость скорости и времени осаждения частицы определяется выражением

1 U + ty^+ t² 2 Л 2fu + І

t = Щ[ ]+ ( arctg ), (10)

3i%t (t - Vv)^z \]/Тщ 6 I \/~T

25,5 (/plf К _v

где ra_z = .

jt(p₄ + Cp)d₄¹ -⁵

V

і.в 1.6

і.* і.г

1,0 0,8 0.6 О.* 0,2

Ц, «Л>

0,05 0,1 0,15 0,2 0,23 і ,

Pxe.I. Зависимое коэффициента сопротивление и часів Рййнодмм » певмоумжменмия феррокоыоидах:

1. » движввм X склоним джим*; -

2. - движение II сиов-ш ЛИНИЯХ,

Рнс.2. Заахсииостк U »т t * Rt _t

ркс.Э. Схема см, мбропереиеивкм частиц a Kt-cenapatopfl.

Рка.*. Гидросепаратор К-сбр*зт>* форинт

1~кймера разделения; 2-деформатори потока; 3-патрубок подачк питания; ^-патрубок подачи води; 5»-патр}бос отвода, концентрата.

При больших числах Рейнольдса (i|i = const) решением дифуравне-ния (7) является выражение

^ач(Рч - Рэ)ё

ц_о = ( )0.5 ₍₁₁₎

0,25К у р

Время, за которое частица достигает 95 % всей конечной скорости,

1,83

t₀ = ' (12)

(1-т_ч)⁰-⁵ Примеры расчета скорости осаждения частиц по данным формулам показаны на графике (рис. 2).

Частицы в МЖ-сепараторе наряду с вертикальной имеют горизонтальную составляющую движения, которая обеспечивает вывод материала из рабочей зоны. Во многих случаях движение частиц по горизонтали происходит за счет наклона ФМЖ, что обусловлено наклоном магнитной системы. Горизонтальная скорость перемещения частиц, плывущих в слое ФМЖ (3), определяется формулами d₄²g(p₄ - p)sina

д = — , для Re < 1; (13)

18к_пК$/ ті

³/с² 3tg(p₄ - p)slna

д = d₄ у- ; (14) при с = , для Re > 1,

pn 27k_nK_v

где k_n - коэффициент погружения частицы; d₄ - диаметр частицы, м; ц - вязкость жидкости, сПз.

Для непрерывного вывода тяжелых частиц, осевших на дно, возможно использование вибролотка. В работе дан теоретический анализ перемещения частиц по дну вибролотка в объеме псевдоутяжеленной МЖ. Схема сил, действующих в этом случае на частицу, изображена на рис. 3. Система дифференциальных уравнений движения частиц массой m имеет вид г

I mic = mAo)²sln(ot-cosp + f_TN + C-cos(5 + G-slna ,
{ (15)

I my = mAa)²sina>t-sin|$ + N ;p C-sinp - G-cosa + f_MV ,.

где A - амплитуда колебаний.

со - угловая скорость,

N - реакция нормального давления,

С - гидродинамическое сопротивление частице. Исследования гидродинамики МЖ-сепарации завершаются разработкой математической модели движения частиц в рабочем слое МЖ, которая представляет собой систему дифференциальных уравнений, описывающих изменение вертикальной и горизонтальной составляющей движения во времени. Разработана программа численного решения данной системы на ЭВМ, которая позволяет определить траекторию движения частиц в плоскости симметрии рабочей зоны. Приведены графики движения частиц, построенные согласно полученной модели, которые позволяют констатировать следующее.

В псевдоутяжеленных магнитных средах с переменной эффективной плотностью наблюдается общая тенденция частиц к совершению вертикальных затухающих колебаний при движения их вдоль рабочей зоны. Причиной этого, очевидно, служит инерция движущихся частиц. Амплитуда и длительность колебаний пропорциональны массе частиц, т.е. их плотности и объему. Затухание колебаний частиц происходит на глубине слоя ФМК с эффективной плотностью, равной плотности частиц. При подаче частицы в точку, где р_э соответствует ее плотности, частица не совершает колебаний, что легко объяснимо отсутствием у данной частицы инерции, поскольку начальная скорость ее на этом уровне равна нулю. Длительность колебаний также пропорциональна массе частиц.

Разработанная математическая модель дает возможность вычислить основные конструктивные параметры сепарационной камеры, получить исходные данные для расчета и проектирования магнитной системы и ориентировочно рассчитать технологические возможности МЖС.

РАЗРАБОТКА СЕПАРАТОРОВ ДЛЯ МАШТ0-ГРАВИТАЦИ0НН0ГО ОБОГАЩЕНИЯ ШЛИХОВ

Анализ результатов выполненных исследований и испытаний лабораторных моделей МЖС позволяет сделать вывод, что для сепараторов со свободным движением частиц в рабочем слое ферроколлоида оптимальной представляется комбинированная схема сепаратора, в которой основной поток легких частиц перемещается вдоль силовых линий, т.е. поперек межполюсного зазора, а тяжелые минералы перемещаются традиционно - вдоль рабочей зоны на средней глубине.

т.е. поперек силовых линий. Разгрузка разделяемых минералов, как это показано на рис. 5, осуществляется в разные стороны под углом 90. Движение частиц в обоих направлениях осуществляется свободно под действием продольного и поперечного наклона магнитной системы и соответственно рабочего слоя ФМЖ. Соотношение между количеством легких фракций (60-80 %) и тяжелого продукта (15-20 %) в промышленных шлихах способствует такому движению минеральных потоков. Благородный металл в этом случае осаждается на дно сепарационной кюветы и разгружается периодически.

На базе полученных теоретических, экспериментальных и расчетных данных, в ходе исследований, спроектирован и изготовлен опытный образец МЖ-сепаратора новой конструкции. Основу его составила V-образная магнитная система с полюсами под углом 120. Высота левого полюса 60 мм, правого - 90 мм, длина 240 мм. Устройство сепарационной камеры позволяет работать с малым (пунктирная линия) и большим слоем ФМЖ. Физическая плотность магнитного коллоида в первом случае должна быть не менее 0,94 г/см³, во втором - может быть снижена до 0,88 г/см³. Подача питания в сепаратор осуществляется вдоль слоя ФМЖ с помощью отверстий переменного сечения. Разгрузка легких и тяжелых частиц осуществляется периодическим сливанием ФМЖ из соответствующих приемников. Высота слоя ФМЖ в глубокой части кюветы составляет 55-70 мм. Пропускная способность сепаратора на материале крупностью 1,0-0,5 мм, составляла более 50 кг/ч.

Испытания МЖ-сепаратора на различных искусственных смесях показали: минимально допустимой разницей в плотности частиц, которые можно разделить с эффективностью (Е = 85 %), является 1000 кг/м³. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о возможности высокоэффективного разделения частиц и в концентрированных феррожидкостях (р = 1100 кг/м³). Разница в плотности разделяемых компонентов при этом должна быть не менее 3000 кг/м³, что приемлемо для обогащения гравитационных концентратов и шлихов. Результаты экспериментов показали, что при разнице в плотности разделяемых компонентов 1000 кг/м³ минимальная крупность материала, при которой сохраняется удовлетворительное качество разделения (Е = 85 %), составляет 0,5 мм. При Др = 3000 кг/м³ минимальная крупность для MIC снижается до 0,1 мм. Смеси с большей разницей в плотности, например, кальцита и галенита, удовлетворительно разделяются до крупности 50 мкм.

На последнем этапе испытаний использовали геологические про-

Вид А

Рис.5. Схема Мї-сепаратора со свободным

движением частиц.

бы золотосодержащих шлихов одного из месторождений северо-востока РФ с повышенным содержанием касситерита. Результаты приведены в таблице. Как видно из данных таблицы, эффективность процесса разделения достаточно высока.

Результаты
1

-сепарации золотосодержащих проб

Бди-

Epbsl

Выбор схемы гидросепаратора основан на теоретическом анализе работы класса устройств, в которых разделение частиц осуществляется в закрытых крутонаклонных каналах с восходящим потоком разделяющей среды.

Установлено, что при конструировании гидросепаратора целесообразно взять за основу принцип концентратора МИСиС со следующими возможными после испытаний изменениями. Форма деформаторов должна быть плоской с целью двухмерного вихреобразования в вертикальной плоскости. Соответственно сечение канала может быть изменено, учитывая крупность шлихов, процентное содержание разделяемых компонентов, а также технологию изготовления. Исследовано квадратное, трапецевидное и круглое сечения каналов. Длина канала и его конфигурация определены экспериментально. Количество каналов

должно быть не менее трех, в каждом из которых обогащается узкий класс шлиха по крупности в соответствующем скоростном режиме.

Работа гидросепаратора заключается в разделении минеральной смеси по плотности в восходящем потоке воды, который является средой разделения и перемещается с некоторой скоростью. Скорость потока подобрана так, чтобы частицы меньшей плотности были взвешены в потоке и выносились из канала, образуя верхний продукт, а частицы большей плотности, оседали. Скатываясь по дну канала, более плотные частицы попадают в области вихреобразования (вихри), образуемые деформаторами потока. В вихре происходит разделение минеральной смеси, т.е. более плотные частицы оседают на дно камеры разделения,а менее плотные - отбрасываются на периферию вихря и уносятся потоком в верхний продукт. Пройдя несколько перечисток, тяжелые частицы попадают в приемную камеру, образуя нижний продукт.

В результате испытаний лабораторных моделей гидросепараторов на смесях барита и кварца, выполненных в соответствии с законами математической статистики, установлено, что максимальное значение разницы между извлечениями в верхний продукт легких и тяжелых минералов Y = 84,0 при их сепарации в канале с круглым поперечным сечением имеет место при значениях аргументов: V = 16,9 см/с, 0. = 50,3 кг/ч. Переход на сепарацию в канале с квадратным поперечным сечением снижает максимальное значение функции отклика до Y = 68,0 при значениях независимых переменных: V = 16,5 см/с и Q = 50,3 кг/ч.

Исследовано влияние угла наклона деформаторов потока (9 = 20-50 %) на эффективность процесса гидросепарации. Максимальное значение функции отклика Y_ma!t = 87,77 имеет место при значении аргумента 9 = 41. По результатам исследований, для разрабатываемого гидросепаратора шаг между деформаторами принят равным L = 100 мм. Установлено, что лучшие показатели разделения получаются при наличии в канале 8-Ю деформаторов потока. При шаге между деформаторами потока 0,1м длина разделительного канала будет равной 1,2-1,5 м. Возможность увеличения производительности сепараторов исследованной конструкции ограничена в зоне подачи питания областью пониженного давления, что приводит к накоплению материала (образованию дюны), препятствующего движению исходной смеси. Эта проблема была решена путем создания зоны вихреобразования следующим способом: камеры разделения сочленяются под углом; в вершину угла устанавливается питающий патрубок.

В результате была создана лабораторная модель гидросепаратора, имеющего К-образную форму (рис. 4) Результатами технологических исследований на обогатиность искусственной смеси минералов, выполненных в К-образном гидросепараторе, установлено, что выход верхнего легкого продукта увеличивается прямо пропорционально росту скорости восходящего потока разделительной среды. В области средних и больших нагрузок (3-5 кг/ч-см²) выход верхнего продукта почти не изменяется, а с уменьшением нагрузки его величина резко падает. Изменение скорости потока в пределах 13-17 см/с на эффективность сепарации практически не влияет.

Обобщая результаты данного этапа исследований, можно сделать вывод, что для разделения на К-образном гидросепараторе минеральных частиц крупностью (-0.4 +0,1) мм с разницей в плотности 1,5-2,0 г/см³ оптимальными технологическими параметрами являются: скорость потока в пределах 14-16 см/с; нагрузка по питанию не менее 5 кг/ч на 1 см² сечения канала.

Применение операции грохочения по крупности повышает эффективность последующей гидросепарации и позволяет вывести из переработки материал, не содержащий золото. С этой целью предприняты исследования по разработке конструкции виброгрохота на основе установленных закономерностей его работы и выявленной области существования его рациональных режимных параметров. Установлено, что для достижения требуемой производительности при заданной эффективности грохочения необходимый угол наклона просеивающей поверхности должен увеличиваться от верхней сетки к нижней.

Промышленное применение разработанных аппаратов осуществляли в составе сепарационного комплекса "Шлих-2" . Это набор оборудования, дополненный электропечью и магнитным сепаратором, предназначенный для полной переработки серых шлихов.

Комплекс может перерабатывать как шлюзовые съемы и сполоски промприбора, так и хвосты обогащения шлихов на гравитационных аппаратах или вручную. Время переработки съема массой 100 кг на комплексе "Шлих-2" составляет 2 часа. Потери золота при доводке не превышают 5 %. Нагрузка по питанию - до 500 кг/ч.

Виброгрохот предназначен для мокрой классификации исходного сырья по крупности на 5 классов. Одновременно он является питаю-

щим устройством гидросепаратора. Рабочий лоток виброгрохота снабжен пакетом из четырех сит с ячейками 2; 1; 0,5 и 0,25 мм. Электродвигатель с кривошипно-шатунным механизмом обеспечивает ему колебания с частотой 20 Гц и амплитудой 0,5 мм. Габаритные размеры грохота 1200x600x400 мм.

Гидросепаратор включает К-образные рабочие каналы и приемники концентрата в количестве трех штук каждый. Круглые каналы снабжены деформаторами потока. Скорость потока регулируется вентилями. Габаритные размеры гидросепаратора 1400x600x500 мм. В комплексе "Шлих-2" используется серийно выпускаемая электропечь "Мечта-4" и двухвалковый сухой магнитный сепаратор на постоянных магнитах из высококоэрцетивных редкоземельных сплавов. Выделение магнитных фракций осуществляется в две стадии - в слабом поле (1500 3) первого валка и в сильном поле (8000 Э) второго валка с зубчатой поверхностью. Габариты сепаратора: 480x320x460 мм, масса - 60 кг.

Магнитожидкостный сепаратор включает: бункер, сепарационную камеру, магнитную систему, опорную раму. Бункер имеет отсек для ферроколлоида, необходимый для подпитки рабочего слоя. Сепараци-онная камера имеет два отсека для легких частиц и промпродукта. Золото собирается на дне съемного лотка. Минеральная смесь, попадая в ферроколлоид, расслаивается по плотности, образуя три потока легких, средних и тяжелых частиц. Частицы непрерывно самотеком выводятся из рабочей зоны. За счет наклона магнитной системы попадают в соответствующие отсеки камеры и на дно сьемного лотка, который вынимается в конце работы. Вес сепаратора 78 кг, нагрузка по питанию - до 600 кг/ч. Содержание золота в концентрате до 99 %.

Оборудование, созданное с участием автора, в составе комплекса "Шлих-2" достаточно широко применяется в золотодобывающей промышленности. Так, например, в артеле "Чукотка" (п. Комсомольский) оно было смонтировано в здании ШОФ. Первый этап исследований проводили на текущих съемах серых шлихов одного из участков артели. Содержание четырех контейнеров было пропущено через виброгрохот и гидросепаратор. В результате выделено три продукта разной крупности с содержанием золота на уровне 3-4 %, из которых после сушки с помощью магнитного и магнитожидкостного сепараторов выделено 550 г шлихового золота. Засоренность золота составила 1-2 %, это мелкая свинцовая дробь и немагнитные металлические шарики. При извлечении золота на уровне 99 % степень концентрации составила около 1000 ед. На этом же объекте за две смены работы

магнитного и магнитожидкостного сепараторов из касситеритовых промпродуктов крупностью 3-0,1 мм было выделено более 1 кг чистого золота.

В с/а "Георгий" Магаданской области за период промышленных .испытаний переработано около 0,5 м³ лежалых хвостов ШОФ. Степень сокращения после их обработки на гидросепараторе составила 20 ед. Из полученных концентратов применением магнитного и магнитожидкостного сепараторов выделено 22 г шлихового 90 %-го золота (в основном в виде пластин, чешуек, большинство из которых частично ожелезнено или окварцовано). Извлечение золота составило 75 %. Ис-пытаниг оборудования "Шлих-2" показали высокую эффективность выделения граната, касситерита, галенита и пирита ир шлиховых промпродктов.

Положительные результаты промышленных испытаний оборудования комплекса "Шлих-2" послужили основанием для принятия его в постоянную эксплуатацию в с/а "Полярная" Шмидтовского района Чукотской АО, ассоциации "Сибирское золото" в г. Бодайбо Иркутской области, артелях Амурской области: "Дендрит", "Заря-1", "Дамбукинская" и др. Особенностью серых шлихов на данных объектах является повышенное содержание магнетита. Оборудование комплекса "Шлих-2" использовали для доработки труднообогатимых промпродуктов, кассовых отдувов, хвостов доводки и т. п.

Испытаниями гидрокомплекса на шлюзовых сполосках в с/а "Дамбукинская" была установлена возможность получения дополнительно до 5 кг золота в сезон с одного промприбора. Это более 4 % добычи металла на один прибор типа ПГШ-50.

В диссертационной работе изложены и научно обоснованы технические решения по созданию технологической линии на основе новых аппаратов для гидромеханического и магнито-гравитационного обогащения золотосодержащих шлихов.

Основные теоретические результаты, практические выводы и рекомендации:

1. Установлено, что в качестве разделительной среды при МЖ-сепарации необходимо использовать коллоидный раствор магнетита на углеводородной основе - керосине.

Теоретически обоснована технология получения магнетита для синтеза магнитной жидкости методом химической конденсации, обеспечивающая эффективную массовую кристаллизацию частиц коллоидной степени дисперсности. Экспериментально установлено, что для снижения полидисперсности системы необходимо уменьшение эффекта изотермической перегонки, что достигается медленным смешением разбавленных растворов солей при интенсивном перемешивании. Ограничение роста размера частиц на коллоидной степени дисперсности при осаждении обеспечивается 10 %-ным сверх стехнометрического избытком соли двухвалентного железа. По разработанной технологии выполнен синтез 200 дм³ магнитной жидкости, успешно использованной в промышленной практике МЖ-сепарации.

2. Установлено, что в условиях МЖ-сепарации структурированные ферроколлоиды могут проявлять ньютоновские свойства, поэтому гидродинамика перемещения частиц в объеме магнитной жидкости анализируется по коэффициенту сопротивления. С помощью физического маятника экспериментально определен коэффициент сопротивления частицам, движущимся вдоль силовых линий магнитного поля. Установлено, что вдоль силовых линий сопротивление движению на 20-30 % меньше, чем поперек. Получены аппроксимирующие зависимости коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса.

3. Теоретический анализ процесса свободного падения частиц в ферроколлоидах с постоянной эффективной плотностью показывает, что при высоте рабочего слоя магнитной жидкости менее 0,1 м средняя скорость осаждения составляет 0,2-0,9 конечной скорости осаждения. Выполнен анализ горизонтальных перемещений минеральных частиц по поверхности псевдоутяжеленного ферроколлоида, а также по дну вибрирующего рабочего лотка. Установлено, что легкие минералы движутся в слое магнитной жидкости со скоростью 0,02 м/с, при этом скорость перемещения тяжелых минералов по дну вибрирующего лотка - 0,04 м/с.

Теоретически определена траектория движения частиц в рабочей зоне МЖ-сепаратора при любых значениях числа Рейнольдса, плотности частиц, их диаметра и эффективной плотности магнитной жидкости.

4. Разработан и исследован ряд моделей МЖ-сепараторов на ос
нове установленных гидродинамических закономерностей перемещения
частиц в магнитных коллоидах. Установлено, что лучшие результаты
достигаются па МЯ-сепараторе, конструкция которого обеспечивает
свободное движение разделяемых частиц в рабочем слое магнитной
жидкости вдоль силовых линий магнитного поля.

5. Анализ разделения минеральных частиц по плотности в гидросепараторах с трансфоршруемш, деформаторами потока, полем скоростей позволил установить, что оптимальный процесс сепарации протекает в гидросепараторе с К-образной формой канала, с двумя камерами разделения длиной 0,9 м каждая, сочлененными под углом а = 120, с питающим патрубком в вершине угла. Определено, что наибольшая полнота разделения обеспечивается в К-образном гидросепараторе с круглой формой поперечного сечения.

6. Анализ возможных конструктивных решений аппаратов для классификации зернистых материалов по крупности, показывает на целесообразность окончательного варианта в виде четырехеитного гидравлического виброгрохота, обеспечивающего в зависимости от угла наклона сит, производительности по питанию и толщины слоя материала наибольшую эффективность грохочения при максимальной удельной производительности.

7. Обоснованные теоретически и подтвержденные экспериментально на опытных и опытно-промышленных установках свойства и возможности предлагаемых аппаратов для магнито-гравитационного обогащения определяют эффективность их применения в виде технологической линии (сепарационный комплекс "Шшх-2") прежде всего, в процессах, имеющих цель - выделения золота с высокими технико-экономическими показателями.

По сравнению с применяемыми в практике для этих целей технологическими процессами и оборудованием, эффективность разработанных устройств обеспечивается:

высокой удельной производительностью;

малой энергоемкостью;

малыми габаритами и мобильностью;

устранением операций, вредных для здоровья и загрязняющих окружающую среду;

отсутствием ручного труда.

8. Разработанные гидро- и МЖ-сепараторы испытаны и успешно
эксплуатируются в с/а "Чукотка". "Полярная", "Георгий", "Денд
рит", "Заря-1" и в ассоциации "Сибирское золото".