Содержание к диссертации
Введение
1 Технологические проблемы переработки золо тосодержащих руд и основные направления исследований в области повышения извлечения мелкого золота 10
1.1. Современное состояние технологии извлечения мелкого золота из рудного, россыпного и техногенного сырья 10
1.2. Развитие исследований в области технологии переработки тонкодисперсных золотосодержащих руд 18
1.3. Развитие направлений совершенствования аппаратурного оформления при обогащении тонкодисперсных золотосодержа щих руд 26
1.4. Выбор основных направлений исследований 31
2 Устойчивость дисперсной системы и поверхностные силы взаимодействия 33
2.1. Структурные составляющие поверхностных сил взаимодействия на границе раздела фаз 33
2.2. Когезионно-адгезионные явления на границе раздела фаз двухфазных систем 41
2.3. Термодинамические основы межфазного взаимодействия двухфазных систем 45
2.4. Физико-химические свойства минеральных поверхностей, определяющие возможность разделения минералов с использованием адгезионных явлений на границе раздела фаз 49
2.5. Теоретические предпосылки использования когезионно-адгезионных явлений для разделения минералов 55
3 Исследование особенностей взаимодействия твердой и жидкой фаз, обеспечивающих возможность проведения адгезионно-масляной сепарации 65
3.1. Исследование поведения минеральных составляющих золотосодержащих руд при взаимодействии с аполярным маслом и угольно-масляным агломератом 65
3.2. Разработка способа получения угольно-масляного агломерата 72
4 Оптимизация условий разделения мелкого золота и породообразующих минералов при разработке технологической схемы обогащения золотосодержащего сырья на основе адгезионно-масляной сепарации 82
4.1. Методика исследований и характеристика объектов исследований 82
4.2. Подготовка лабораторного оборудования для моделирования процесса адгезионно-масляной сепарации 84
4.3. Обоснование технологических параметров, влияющих на селекцию мелкого золота и породообразующих минералов 85
4.4. Исследование оптимальных условий процесса адгезионно-масляной сепарации с применением многофакторного планирования эксперимента 90
4.5. Рекомендуемые методы переработки угольно-масляного агломерата 97
5 Испытание технологии извлечения мелкого золота из различных видов золотосодержащего сырья на основе адгезионно-масляной сепарации 100
5.1. Коренные золотосодержащие руды 100
5.1.1. Окисленные руды Казаковско-Ключевского месторождения 100
5.1.2. Руда месторождения Дегдекан 102
5.2. Руды россыпных месторождений 106
5.2.1. Россыпь Кундулун 106
5.2.2. Россыпь Шахтама 107
5.2.3. Россыпь Алия 108
5.3. Продукты обогащения 109
5.3.1. Хвосты ШОУ «Кумахта» 109
5.3.2. Флотационный концентрат из руды месторождения Зун- Холба 100
5.4. Рекомендации по использованию адгезионно-масляной сепарации и особенности применения процесса при обогащении руд коренных месторождений, россыпей и сырья техногенных месторождений 111
6 Технологическая и технико-экономическая оценка технологии извлечения мелкого золота с применением адгезионно-масляной сепарации 121
Заключение 124
- Развитие исследований в области технологии переработки тонкодисперсных золотосодержащих руд
- Физико-химические свойства минеральных поверхностей, определяющие возможность разделения минералов с использованием адгезионных явлений на границе раздела фаз
- Обоснование технологических параметров, влияющих на селекцию мелкого золота и породообразующих минералов
- Руды россыпных месторождений
Введение к работе
Актуальность работы. Проблема извлечения мелкого золота остается актуальной до настоящего времени, что подтверждается многочисленными публикациями отечественных и зарубежных ученых.
Традиционные технологии либо не обеспечивают получение высоких показателей, либо являются высокозатратными и осложняют экологическую обстановку. Объективно прогрессирующее снижение технико-экономических показателей переработки золотосодержащего сырья и повышение требований к охране окружающей среды обуславливают необходимость поиска новых методов и аппаратов для эффективного извлечения мелкого золота из руд. В числе перспективных и развиваемых в последнее десятилетие направлений в области обогащения золотосодержащего минерального сырья с мелким труднообогати-мым золотом является разработка и внедрение технологических процессов и оборудования на основе гравитационных, комбинированных магнитно-гравитационных методов обогащения, процесса флотации, электросепарации и
др.
Диссертационная работа посвящена развитию одного из новых направлений в области переработки тонкодисперсных руд, связанного с изучением закономерностей использования когезионно-адгезионных явлений для разделения минералов, что может служить основой для испытания адгезионно-масляной сепарации применительно к извлечению мелкого золота из минерального сырья.
Основная научная идея работы состоит в том, что эффективность извлечения мелкого труднообогатимого золота может быть повышена при использовании когезионно-адгезионных явлений для разделения минералов.
Цель работы: повышение эффективности обогащения золотосодержащих руд на основе создания технологии адгезионно-масляной сепарации, обеспечивающей извлечение мелкого золота.
Объекты исследования: пробы руд коренных, россыпных и техногенных месторождений, а также мономинеральные фракции золота и минералов вмещающих пород.
Предмет исследования - условия извлечения мелкого золота при использовании адгезионно-масляной сепарации,
Основные задачи исследований:
проанализировать современное состояние технологии извлечения мелкого золота из золотосодержащего сырья;
сформулировать теоретические предпосылки использования когезион-но-адгезионных явлений для разделения минералов;
выполнить исследования по изучению особенностей взаимодействия твердой и жидкой фаз, обеспечивающих возможность проведения адгезионно-масляной сепарации;
оптимизировать условия разделения мелкого золота и породообразующих минералов при разработке технологической схемы обогащения золотосодержащего сырья на основе адгезионно-масляной сепарации;
испытать технологию адгезионно-масляной сепарации на различных видах золотосодержащего сырья с определением возможностей процесса и его места в технологических схемах в зависимости от вида и характера сырья.
Методы исследований. Анализ и обобщение литературных и фондовых материалов, методы - пробирный, пробирно-атомно-абсорбционный, спектральный, импульсно-интегральный (сцинтилляционный); многофакторного планирования эксперимента, определения физических величин; лабораторные испытания; статистические методы обработки данных; технико-экономический анализ разработанных технологических решений.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Эффективность извлечения мелкого золота определяется необходимостью подготовки агломератов на основе углей и углеводородных масел различного типа.
2. Оптимизация условий разделения минералов при обогащении золотосодержащего сырья достигается эффективностью регулирования технологических параметров адгезионно-масляной сепарации.
Достоверность научных положений подтверждается достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, обработанных с использованием методов математической статистики при доверительной надежности не менее 95 %.
Научная новизна работы:
сформулированы и экспериментально подтверждены теоретические возможности использования когезионно-адгезионных явлений для разделения минералов применительно к золотосодержащему сырью;
установлены основные факторы, влияющие на процесс адгезионно-масляной сепарации;
на основе многофакторного метода планирования эксперимента получено уравнение для прогнозирования технологических показателей при адгезионно-масляной сепарации золотосодержащих руд, содержащих мелкое трудно-обогатимое золото;
выявлены технологические особенности образования угольно-масляного агломерата.
Практическая значимость работы:
1. На основании результатов исследований разработан «Технологический
регламент для составления рабочего проекта опытной установки по разработке
и полупромышленным испытаниям технологии извлечения золота из техноген
ного сырья и попутной переработке отходов золотодобывающих предприятий»
и выполнен инвестиционный проект опытно-промышленной установки.
2. Процесс адгезионно-масляной сепарации испытан на рудах месторож
дения Дегдекан. Результаты данных исследований использованы Научно-
внедренческим предприятием «Центр экспертных систем технологического ау
дита» в материалах отчета «Определение вещественного состава и технологи
ческих свойств золотосодержащей руды месторождения вещественного состава
и технологических свойств золотосодержащей руды месторождения Дегдекан». Технологическая схема рекомендована заказчику в качестве одного из вариантов для выбора рациональной технологии переработки руд месторождения Дегдекан.
Результаты работы использованы при разработке технологии обогащения руд Казаковско-Ключевского месторождения и переданы Балейской геологоразведочной экспедиции (ЗАО «Геолог») в виде отчета ФГУП ЗабНИИ по теме 321 «Технологические исследования золотосодержащей руды зоны окисления Казаковско-Ключевского месторождения».
Разработана поточная линия для извлечения золота из рудного, россыпного и техногенного сырья, защищенная патентом.
Личный вклад соискателя: анализ современного состояния технологии переработки тонкодисперсного рудного, россыпного и техногенного сырья; анализ теоретических предпосылок использования когезионно-адгезионных явлений для разделения минералов, исследование особенностей взаимодействия фаз в двухфазной системе, проведение экспериментальных исследований по оптимизации условий разделения мелкого золота и породообразующих минералов с применением многофакторного планирования эксперимента; разработка технологии извлечения мелкого золота из различных видов золотосодержащего сырья на основе адгезионно-масляной сепарации.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на геолого-геофизическо-технологической секции Ученого совета ЗабНИИ (Чита, 1995,2001); НТС комитета природных ресурсов по Читинской области и Агинскому БАО (Чита, 2001); межрегиональной научно-технической конференции, посвященной 40-летию ЗабНИИ «Новый век - новые открытия» (Чита, 2001); межрегиональной научно-практической конференции «Перспективы развития развития золотодобычи в Забайкалье» (Чита, 2003); международной научно-технической конференции «Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2003); пятой научно-
практической конференции, посвященной 30-летию Горного института Читинского государственного университета (Чита, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, включая положительное решение о выдаче патента.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка библиографических источников из 105 наименований и содержит 135 страниц, включая 25 рисунков, 29 таблиц.
Развитие исследований в области технологии переработки тонкодисперсных золотосодержащих руд
Объективно прогрессирующее снижение технико-экономических показателей переработки золотосодержащего сырья и повышение требований к охране окружающей среды указывают на необходимость разработки и внедрения в производство технологий и оборудования, обеспечивающих экологически безопасную высокорентабельную переработку золотосодержащего сырья, в том числе бедного по содержанию основного компонента, содержащего, как правило, золото мелких классов крупности. Комплекс технологий и оборудования для их обогащения может быть разделен на две основные группы: сочетающие традиционные методы и оборудование, в том числе усовершенствованные и модернизированные, и принципиально новые. Как показывает мировая практика основных стран-производителей драгоценных металлов, в условиях рыночной экономики около 96 % золотодобывающих предприятий имеют годовые объемы добычи минимум 10 т, и только они способны обеспечивать расширенное воспроизводство на своих предприятиях, в том числе за счет разработки и внедрения принципиально новых технологий и оборудования [38]. В то же время в России свыше 65 % всех золотодобывающих предприятий разной формы собственности добывают менее 100 кг золота в год (меньше 10 % от общей добычи золота), и только 17 предприятий имели в 2000 году объем добычи более 1 т золота, и ими было добыто 52,4 % суммарной годовой добычи [38]. Соответственно, мелкие предприятия ведут добычу и обогащение золота с помощью несложных технологий, которые чаще всего не отвечают современным требованиям.
В данных условиях особый интерес представляют технологии и оборудование, находящиеся на границе двух вышеуказанных групп, с несложной, но эффективной технологией, требующие незначительных капитальных затрат. В числе наиболее перспективных и развиваемых в последнее десятилетие направлений в области обогащения золотосодержащего минерального сырья с мелким труднообогатимым золотом является разработка и внедрение технологических процессов и оборудования на основе: - комбинированных магнитно-гравитационных методов обогащения; - процесса флотации; - процессов электросепарации и селективной фильтрации; - процесса адгезии. Технологические процессы обогащения на основе комбинированных магнитно-гравитационных методов сепарации в последние годы привлекают внимание исследователей и производственников при переработке различного типа сырья. Все комбинированные магнитно-гравитационные методы сепарации можно разделить на две основные группы: - прямые процессы сепарации, основанные на непосредственном воздействии магнитного поля на обладающие ферро- или парамагнитными свойствами частицы ценного компонента; - косвенные или комбинированные процессы сепарации, обеспечивающие извлечение в концентрат немагнитных частиц за счет воздействия магнитного поля на окружающую их среду, приводящего к изменению структурированности и гидродинамики потока, или на извлекаемые частицы, обеспечивая изменение их физических свойств, или одновременно на среду и извлекаемые частицы.
Целесообразность и эффективность использования для извлечения золота процессов прямой магнитной сепарации и реализующих ее аппаратов научно обоснована в многочисленных исследованиях [86,97 и др.]. Комбинированные (непрямые) процессы магнитно-гравитационной сепарации являются относительно новыми. Наиболее известны из них следующие: магнитогравиметрическая сепарация (МГМ) с использованием в качестве разделительной среды коллоидных растворов ферро- и ферримагнетиков; магнито-гидростатическая сепарация (МТС), осуществляемая в водных растворах сильных парамагнитных солей; магнитогидродинамическая сепарация (МГД), основанная на эффекте Фарадея - воздействии пондеромоторных сил скрещенных электрических и магнитных полей на минерал-проводник в растворе электролита; электродинамическая сепарация (ЭДС), осуществляемая путем создания в частицах металлов вихревых токов воздействием высокочастотного электрического поля, сообщающих этим частицам собственное магнитное поле; магнит-но-флокуляционная концентрация (МКФ) - комбинированный магнитно-гравитационный процесс обогащения, в котором в качестве разделительной среды-постели используются сфлокулированные воздействием магнитного поля из ферромагнитных частиц магнетита структуры различной плотности и подвижности.
Первые три из перечисленных методов требуют для своего осуществления специальные среды и технические средства для их очистки перед повторным использованием, а также предъявляют жесткие требования к качеству исходного сырья. Это делает данные процессы малопроизводительными и экономически нерентабельными при переработке сырья с низким содержанием ценного компонента и ограничивает область их применения использованием на окончательных стадиях доводки шлиховых концентратов. Работы по научному обоснованию и исследованию электродинамической сепарации (ЭДС) начаты в Днепропетровском горном институте им. Артема (Лапицкий В.Н, Бунько В.А., Поляков Н.Г. и др.) и получили свое развитие в работах [8, 74]. Лабораторные испытания показали высокие извлечение и степень концентрации золота, однако установлена низкая эффективность ЭДС для извлечения золота крупностью менее 0,2 мм.
Экспериментальные и теоретические исследования процесса магнитно-флокуляционной концентрации для извлечения мелкого золота начаты в 1970-80 гг. в Днепропетровском и Ленинградском горных институтах, где исследовались шлюзы с магнитной системой для осаждения золота [42, 43]. В последующее время было проведено много исследований в этом направлении. Выявлено два «базовых» принципа МФ-концентрации - за счет гравитационного осаждения и закрепления частиц на шероховатой поверхности слоя магнетита и за счет фильтрации пульпы сквозь сфлокулированный слой. С начала 1990-х годов проводятся работы по научному и технико-технологическому обеспечению МФ-концентрации золотосодержащих песков в Московском государственном горном университете (НТЦ «Горнообогатительные модульные установки») и Читинском государственном университете под руководством Кармазина В.В. и Мязина В.П. Общим для всех разработанных конструкций является наличие магнитной системы на основе блоков постоянных магнитов с чередующейся полярностью полюсов [82, 83]. Таким образом, к настоящему времени предложен целый ряд способов и технических устройств (МФ-концентраторов) для извлечения мелкого золота из золотоносных песков. Наиболее исследован процесс МФ-концентрации на наклонной осадительной поверхности концентратора.
При переработке золотосодержащих руд различного генезиса практически повсеместно применяются флотационные технологии. Однако при обогащении россыпей данные технологии практически не применяются. Хотя с физико-химической точки зрения «нет принципиальных отличий при извлечении золота флотацией из руд и россыпей» [22]. Отличия данных генетических типов золота, безусловно, есть: по особенностям гранулометрии и морфологии, дефектности поверхности, степени ее окисленности и т.п. Однако причины отсутствия флотационных технологий даже в доводочных операциях при обогащении россыпного золота кроются отчасти в традиционности подходов к добыче золота из россыпей, но, в основном, действительно, как отмечено в [22], имеют субъективный характер.
Физико-химические свойства минеральных поверхностей, определяющие возможность разделения минералов с использованием адгезионных явлений на границе раздела фаз
Работа адгезии, поверхностное натяжение на границе разделе определяются молекулярным взаимодействием контактирующих фаз. В связи с этим естественно ожидать изменения смачивания в зависимости от свойств твердых поверхностей [25]. Активность поверхности минералов по отношению к воде и реагентам зависит от энергетического состояния этой поверхности [15]. Рассмотрение атомов (ионов) кристаллической решетки минерала показывает, что энергетическое состояние атомов, расположенных на поверхности и в объеме решетки, различно. Атомы, расположенные в объеме минерала, всю свою энергию расходуют на взаимодействие с соседними атомами, окружающими их со всех сторон. В то же время энергия взаимодействия, присущая поверхностным атомам, проявляется лишь по отношению к нижележащим слоям атомов и соседним атомам данного поверхностного слоя. Вследствие этого часть энергии, которой обладают атомы поверхностного слоя, остается свободной; эту энергию называют свободной поверхностной энергией.
Взаимодействие поверхности минерала с водой во многом зависит от характера свободных (ненасыщенных) связей, которые имеются на поверхности кристалла. Атомы, ионы, группы ионов или молекул, из которых состоят твердые тела, связаны друг с другом различными силами связи. Для полярной поверхности минералов характерны ионная и ковалентная связи. Эти виды связи отличаются большой прочностью, что обусловливает значительную величину свободной энергии для полярной поверхности. В противоположность этому для аполярной поверхности минерала характерны молекулярные силы связи (ван-дер-ваальсовы силы), которые слабее ионных и ковалентных в десятки раз. При разрушении кристалла в плоскости разрыва возникают те или иные виды ненасыщенных связей. В случае ионных и ковалентных связей, существующих вокруг ионов или атомов на поверхности кристалла и обнажающихся при его разрушении, образуется сильное электрическое поле, в то время как в случае молекулярных связей поверхностные атомы образуют сравнительно слабые силовые поля.
Оценивая активность взаимодействия с водой поверхностей кристаллов с преобладанием ионных и атомных связей (сильное поле) или молекулярных связей (слабое поле), необходимо учитывать, что вода является полярной жидкостью, молекулы которой имеют значительный дипольный момент и атом водорода, способный к образованию водородной связи. Гидрофильная поверхность минерала характеризуется наличием (или преобладанием) ненасыщенных ионных или атомных связей, благодаря которым она активно взаимодействует с молекулами воды, присоединяя их. В результате взаимодействия с водой поверхности минерала она покрывается гид-ратной оболочкой, толщина которой может достигать 0,1 мкм, что соответствует по размеру нескольким десяткам тысяч молекул воды. Считается [15], что первые слои гидратной оболочки образуются на поверхности минерала в результате адсорбции воды, тогда как в образовании последующих слоев принимают участие и силы водородной связи. Гидратные оболочки образуются в том случае, когда энергия связи между диполями воды и частицами твердой поверхности больше, чем между самими диполями воды. Напротив, для гидрофобной поверхности минерала характерно наличие (или преобладание) ненасыщенных молекулярных связей, ввиду чего условия для присоединения молекул воды значительно менее благоприятны.
Понятия «гидрофильная» и «гидрофобная» поверхность относятся лишь к смачиванию твердых тел водой. При смачивании поверхностей другими жидкостями используют понятия «олеофобность» и «олеофильность». На практике возможны различные сочетания олеофильных, олеофобных, гидрофильных и гидрофобных свойств поверхности. Одни и те же поверхности в различных условиях могут быть и гидрофильными, и гидрофобными. Поэтому понятия «гидрофобность» и «гидрофильность» являются относительными. Эти понятия можно применять для характеристики тенденций и закономерностей изменения смачивающей способности. Следует также отметить, что значение краевого угла смачивания различных жидкостей к одной и той же поверхности может изменяться в широких пределах, характеризуя эту поверхность одновременно как олеофильную и олеофобную. Поэтому считается, что величина поверхностного натяжения твердого тела по отношению к краемому углу является более стабильной и, по существу, не зависит от свойств жидкости [25]. В связи с этим предложено [105] классифицировать поверхности по величине их поверхностного натяжения на низкоэнергетические и высокоэнергетические.
Низкоэнергетические - поверхности, которые смачиваются не полностью и реализуют определенный краевой угол. Поверхностное натяжение низкоэнергетических поверхностей не должно быть больше критического поверхностного натяжения. Принято, что значение поверхностного натяжения низкоэнергетических поверхностей не должно превышать 0,1 Н/м. Высокоэнергетические поверхности характеризуются относительно большим значением поверхностного натяжения твердого тела отг, которое изменяется в интервале 0,1-0,5 Н/м. Это означает, что стг » ожг. Отсюда имеет место полное растекание жидкости, отсутствие зависимости cos 0 = f (ожг) и критических условий. В результате взаимодействия воды с минералами последние могут изменять электрическое состояние поверхности. Существенной особенностью этого взаимодействия является образование на разделе вода-минерал двойного электрического слоя (ДЭС). При движении частиц минерала в жидкости противо-ионы внешней обкладки ДЭС с упорядоченным расположением ионов будут перемещаться вместе с минералом, в то время как противоионы диффузного слоя будут отставать от них. По этой причине общая электронейтральность системы нарушается и между кристаллом, окруженным слоями ионов, и остальной частью раствора возникает разность потенциалов (электрокинетический или дзета-потенциал). Кроме понятия о дзета-потенциале, существует еще представление и о так называемом термодинамическом или полном потенциале, который характеризуется как разность потенциалов между ионами диффузного слоя и внешней обкладки (суммарно), с одной стороны, и ионами внутренней обкладки с другой стороны. Существенным различием между ними является то, что они возникают в различных местах системы: термодинамический потенциал возникает на границе поверхность минерала-жидкость, в то время как электрокинетический потенциал - на поверхности скольжения.
Необходимо иметь в виду, что электрическое состояние внутренней обкладки двойного электрического слоя в значительной степени предопределяет состояние его внешней обкладки и всего слоя в целом, поскольку образование внешней обкладки происходит под влиянием электрического заряда, возникающего во внутренней обкладке. Влияние ;- и ф-потенциалов на смачивание может проявиться в двух случаях. Первый случай реализуется, когда между прилипшей каплей и твердой поверхностью имеется слой электролита. Второй случай имеет место при наличии электролита в прилипшей капле. Авторами [20] получены данные, из которых следует, что по величине ;-потенциала не всегда можно судить о смачивании поверхности. Замеры же ф-потенциалов свидетельствуют о связи между электрохимическими свойствами поверхности и ее смачиванием. Гаркинс [99] отмечает, что энергия, определяющая процесс адсорбции на кристаллических телах, различна для различных граней кристалла, ребер и углов. Поэтому распределение адсорбата в этих местах кристалла и каталатиче-ская активность должны быть различными.
Большое значение для характеристики процесса взаимодействия минералов с водой и другими жидкостями имеет теоретически обоснованное А.И.Русановым [66, 67] положение о том, что с уменьшением размера кристалла, когда энергия ребер и углов начинает играть большую роль, среднее поверхностное натяжение кристалла увеличивается, даже если не считать, что ребра и углы обладают повышенной энергией по сравнению с гранями кристалла. А.И.Русанов считает, что если размер кристалла уменьшается без изменения состояния фаз, то средняя поверхностная энергия должна увеличиваться, причем такое изменение возможно в условиях неравновесного процесса.
Обоснование технологических параметров, влияющих на селекцию мелкого золота и породообразующих минералов
Специфика процесса адгезионно-масляной сепарации объясняет выбор основных параметров, влияние которых целесообразно оценить при отработке оптимальных режимов: продолжительность процесса, плотность пульпы, интенсивность перемешивания, расход агломерата. Опыты по определению временной характеристики процесса проводились по методике, предусматривающей периодический отбор проб из работающего аппарата через определенный интервал времени. Отобранные пробы, характеризующие протекание процесса по времени, анализировались на золото. По результатам анализов рассчитывалось извлечение металла за каждый отрезок времени. Общее время агитации принято 25 мин. Содержание золота в навесках составляло 7,65 г/т.
Приведенные данные, подтвержденные многочисленными опытами, показывают, что процесс адгезионно-масляной сепарации характеризуется очень высокой скоростью. За первые пять минут извлекается более 60,0 % золота, а к 20 мин процесс практически заканчивается, обеспечивая извлечение металла до 90,0 %. Приведенные в таблице данные получены с использованием мазута. Аналогичные результаты получены и при использовании других углеводородов, на основе которых изготовлен агломерат. Так, например, при использовании масла индустриального И-40 за те же 15-20 мин. извлеклось 87,7 % золота, трансформаторное масло в аналогичных условиях показало извлечение металла 77,2 %, отработка моторного масла - 87,8 %, солярка — 93,4 %; максимальное извлечение золота более 97,0 % получено в опытах с использованием мазута. На рис. 4.2 показаны кривые, характеризующие кинетику процесса с использованием упомянутых выше масел. Влияние плотности пульпы на показатели процесса изучалось постановкой серии опытов при условиях: Плотность пульпы - переменная, % тв 31,0; 46,4; 61,0 Скорость вращения импеллера, с"1 16,7 Продолжительность агломерации, мин 15,0 Загрузка агломерата, г 15,0 Агломерат на мазуте Изменение плотности пульпы осуществлялось за счет изменения массы навесок при постоянном объеме аппарата. Результаты опытов в табл. 4.4. Снижение извлечения золота с увеличением плотности можно объяснить отслаиванием прилипших к агломерату золотин при активном перемешивании в плотной пульпе.
Выбор интенсивности перемешивания основан на результатах опытов по изучению прочности гранул, которые описаны в предыдущем разделе. Там было установлено, что при скорости вращения импеллера более 16,7 с"1 наблюдалось частичное разрушение гранул. Однако, нужно иметь ввиду, что принятая скорость соответствует конструкции аппарата, на котором проводились испытания. В случае изменения конструкции агитатора интенсивность перемешивания должна быть уточнена. 4.4. Исследование оптимальных условий процесса адгезионно-масляной сепарации мелкого золота с применением многофакторного планирования эксперимента. Для исследования факторов, влияющих на технологические показатели при обогащении золотосодержащих руд с применением адгезионно-масляной сепарации применялась методика многофакторного планирования эксперимента, в основу которой положена нелинейная множественная корреляция, а также известная формула М.М. Протодьяконова, предложенная им для обработки статистических данных [57 ].
Исследования проводились на материале технологической пробы, отобранной с верхних горизонтов рудопроявления «Погромное» Апрелковского рудного поля. Содержание золота в исходной руде составляет 4,4 г/т. В эксперименте одновременно подбирались оптимальные значения следующих факторов: крупность измельчения исходного материала, плотность пульпы, интенсивность перемешивания, расход угольно-масляного агломерата, продолжительность сепарации. Значения факторов Хь Хг, Х3, X», Х5 задавались по матрице пятифакторного эксперимента на пяти уровнях (табл. 4.5, 4.6). Одним из конечных продуктов процесса адгезионно-масляной сепарации является насыщенный золотом агломерат, который требует дальнейшей переработки. В соответствии с механизмом процесса насыщение агломерата золотом происходит в результате контакта золотой частицы с гранулой угольно-масляной среды. Благодаря силам адгезии мелкие частички золота прилипают к грануле и капиллярными силами втягиваются в ее структуру. Содержание золота в агломерате растет по мере его насыщения. Скорость насыщения агломерата золотом зависит от содержания его в исходном сырье. В опытах по изучению адгезионной сепарации нами были получены агломераты с самым различным содержанием золота от десятков г/т до 1200 -1500 г/т. Получить более богатые агломераты в лабораторных условиях не представилось возможным в силу периодичности процесса, малых масштабов оборудования и малых навесок. Для переработки нагруженных агломератов рекомендуется два варианта технологии. Первый, при небольших объемах агломерата, предусматривает прямое сжигание угольно-масляной среды и плавку золы по подобранной шихте. Учитывая высокую селективность процесса, агломераты не содержат примесей, осложняющих металлургический передел. На лабораторной стадии исследований из-за недостатка исходного материала нам не удалось осуществить плавку, но удалось получить данные о выходе золы от сжигания агломерата и содержания золота в ней. Выход золы от сжигания угольно-масляной среды при температуре 650 -700С в течение 1,5 - 2,0 ч составил от 6,2 до 11,5 %, а содержание золота в ней до 10,0-15,0 кг/т. Плавка на веркблей этого материала при проведении пробирного анализа проходила без осложнений.
Второй вариант переработки агломерата при большом его выходе, когда сжигать насыщенные золотом гранулы невыгодно из-за большого расхода масла, предусматривает растворение агломерата в специальном растворителе с переводом масла в раствор. Остаток от растворения масла сжигается и плавится на слиток золота, а раствор подвергается дестилляции, в результате которой растворитель отгоняется, а оставшееся масло поступает в оборот на приготовление агломерата. Сконденсированный растворитель вновь используется для растворения агломерата. В качестве растворителя может быть использован бензин, керосин и другие недорогие растворители. Выбор того или другого варианта переработки агломерата определяется экономическим расчетом в зависимости от заданного объема переработки сырья и содержания золота в нем.
Руды россыпных месторождений
Обсуждая приведенные результаты испытаний процесса адгезионно-масляной сепарации, можно отметить следующее: - по коренным рудам - полностью подтверждается тезис о том, что определяющим фактором эффективности процесса при переработке руд является полнота вскрытия золота в операциях рудоподготовки. Этот тезис определяет и место процесса сепарации в технологической схеме. При полном вскрытии золота этот процесс может быть основным, заменив процессы гравитации, флотации, цианирования. При не полном вскрытии золота процесс угольно-золотой агломерации может быть использован как вспомогательный для вывода свободного золота из любой точки технологической схемы; - по россыпям - адгезионно-масляная технология показывает высокую эффективность в сочетании с гравитационными методами, когда гравитация извлекает крупное золото, а масляная сепарация используется для доизвлечения тонкого золота из эфелей. При отсутствии в россыпи крупного золота (крупнее 0,2 мм) иследуемая технология может быть использована как основной процесс при соответствующей подготовке исходного сырья; - по продуктам обогащения - эффективность процесса также зависит от содержания в них свободного с чистой поверхностью золота. Процесс может быть использован как вспомогательный в случае переработки флотоконцентратов и как основной в случае переработки отходов обогащения. При переработке сложных по составу гравитационных концентратов и отходов требуется тщательная предварительная подготовка материала, включающая операции для вскрытия сростков и очистки поверхности металла от оксидных пленок.
Подводя итог сказанному, нельзя не отметить полную аналогию адгезионно-масляной технологии с процессом амальгамации, с той лишь разницей, что первый не использует высокотоксичную ртуть, являясь экологически чистым, способным заменить амальгамацию при переработке золотосодержащего сырья. Выполненные исследования дают основание рекомендовать для дальнейшей разработки принципиальные технологические схемы процесса адгезионно-масляной сепарации для переработки золотосодержащих руд (рис. 5.2, 5.3) и россыпей (рис.5.4). Технологические схемы, показанные на рис 5.2 и 5.4, существенно отличаются от традиционных схем переработки золотосодержащих руд, повторяя их только в операциях рудоподготовки. Одним из основных отличий схемы угольно-масляной сепарации от других схем является то, что извлечение золота из руды осуществляется только в одной операции - сепарации (агломерации), осуществляемой в простых контактных чанах, емкость которых обеспечивает заданное время контакта с агломератом - 15—20 мин. Из процесса исключаются традиционные отсадка, флотация и цианирование, что во многом упрощает и удешевляет технологическую схему.
В технологические схемы обогащения россыпей (Рис.5.4) с тонким золотом помимо основной включаются дополнительно операции контрольного грохочения для вывода мелкой гали и классификация минусового продукта контрольного грохочения с целью получения слива, поступающего на агломерацию и песков, направляемых на гравитационное обогащение. Гравитация может быть представлена либо отсадкой и концентрацией на столе, либо шлюзами мелкого наполнения с последующей доводкой концентрата шлюзов на ШОУ. Заключительной операцией технологической схемы переработки россыпей является совместная плавка обожженного агломерата и шлихового золота на золотой слиток. Полученные данные по результатам технологических исследований адгезионно-масляной сепарации и рекомендуемые технологические схемы процес-са явились основой для разработки универсальной поточной линии для извлечения золота из рудного, россыпного и техногенного сырья с целью наиболее полного извлечения золота за счет доизвлечения тонкого золота при упрощении аппаратурного оформления и снижении вредного влияния технологии обогащения на окружающую среду. На рис. 5.5 показана схема запатентованной поточной линии, общий вид.
Поточная линия работает следующим образом. Металлоносное сырье подается на устройство для дезинтеграции и классификации по крупности (например, барабанный грохот, гидровашгерд) -1 с удалением крупной гали в отвал. Если перерабатывается руда коренных месторождений, то перед этим устройством монтируется система рудоподготовки, состоящая из щековой, конусных дробилок и мельниц со спиральными классификаторами. Отмытая и перемешанная руда подается на контрольное грохочение для удаления мелкой гали, например, на дуговой грохот 2 и в спиральный классификатор 3, в котором пульпа разделяется по крупности на пески и слив. Галя, выделенная на дуговом грохоте, направляется в отвал. Крупнозернистая песковая фракция классификатора подвергается обогащению на гравитационных аппаратах для улавливания крупного золота 4 (например, на отсадочные машины или в наклонные устройства для обогащения в тонком потоке воды с непрерывным выводом концентрата). Полученные в этом узле хвосты выводятся в отвал, а черновой концентрат направляется на ШОУ 5 для доводки на концентрационных столах или шлюзовых устройствах. На ШОУ получают хвосты, направляемых в п. 3, концентраты тяжелых металлов, пригодные для потребителей, и шлиховое золото, которое после шихтовки в смесителе 6 подвергается плавке в индукционных плавильных печах 7 с получением слитков золота, являющихся товарной продукцией, и шлаков.
Слив спирального классификатора через смеситель 8 направляется в устройство для проведения адгезионно-масляной сепарации 9 с целью улавливания тонкого золота. В качестве устройств для ведения процесса адгезионно-масляной сепарации могут применяться обыкновенные контактные чаны, в которые наряду со сливом спирального классификатора вводится специально подготовленный агломерат. При контакте рудной пульпы с агломератом тонкое золото, обладающее олеофильными свойствами, закрепляется на угольно-масляных гранулах и поступает в виде нагруженного агломерата на грохот 10. После отделения нагруженный агломерат подвергается озолению в обжиговой печи 11. Зола объединяется со шлиховым золотом и после подготовки шихты в смесителе 6 плавится в печи 7 с получением золотых слитков. Оставшаяся в устройстве 9 пульпа, объединенная с минусовым продуктом грохота 10, подвергается контрольной флотации во флотокамере 12 для улавливания масла с частично закрепленным золотом. Пенный продукт флотации возвращается в операцию адгезионно-масляной сепарации через смеситель 8, а очищенные от масла хвосты выводятся в хвостохранилище. Таким образом гарантируется чистота сточных вод, подтвержденная контрольными анализами.
Гранулы агломерата, поступающие в смеситель 8, готовятся в своей части поточной линии. Угольная мелочь и масло смешиваются в смесителе 13 и направляются в агломератор 14, в качестве которого могут применяться контактные чаны. При интенсивном перемешивании поступающей угольно-масляной смеси в воде происходит образование гранул агломерата. После разделения на грохоте 15 приготовленные гранулы направляются через смеситель пульпы 8 в процесс, а минусовой продукт грохота возвращается в смеситель 13. Предлагаемая поточная линия позволяет повысить степень извлечения золота и устранить загрязнение окружающей среды за счет исключения из схемы обогащения устройств для флотации,, выщелачивания и введения вместо них устройств для проведения экологически чистого процесса улавливания благородных металлов - адгезионно-масляной сепарации. Введение этих устройств с последующим применением грохота, устройств для озоления, шихтовки и плавки золота позволяет практически полностью уловить тонкое золото крупностью менее 0,05 мм, которое по другим технологиям теряется, и за счет этого повысить извлечение благородных металлов.
