Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние технологии и оборудования для обогащения золтосодержащего сырья 9
1.1. Обогащение золотосодержащих россыпей 9
1.2. Обогащение золотосодержащих руд коренных месторождений 20
1.3. Доводка золотосодержащих концентратов 23
1.4. Выводы и задачи исследований 29
2. Исследования закономерностей отсадки и магнитожидкостнои сепарации минерального сырья 33
2.1. Статистическая модель разделения минеральных частиц на решете отсадочной машины 33
2.2. Обоснование целесообразности разработки МЖ- сепараторов отклоняющего типа 36
2.3. Влияние концентрации ферромагритных коллоидов на скорость перемещения частиц в рабочей зоне МЖ-сепаратора 39
2.4. Теория и практика синтеза слабоконцентрированных ферроколлоидов 44
2.5. Теоретический анализ закономерностей горизонтального дрейфа частиц в МЖ-сепараторе отклоняющего типа 52
2.6. Выводы 56
3. Разработка и внедрение модульныхных установок для обогащения золотоносных песков и концентратов 58
3.1. Двух-модульная установка для первичного обогащения песков 59
3.2. Трёх-модульная установка для перечистки хвостов промприбора 63
3.3. Одно-модульная установка для доводки бедных шлюзовых концентратов (серых шлихов) 67
3.4. Разработка сепараторов для извлечения золота из богатых концентратов (чёрных шлихов и «золотых головок») 79
3.4.1. Совершенствование вибролотковых магнито-жидкостных сепараторов 79
3.4.2. Разработка магнитожидкостного сепаратора отклоняющего типа 86
3.4.3. Разработка магнито-электролитического сепаратора 89
3.5. Выводы 94
4. Технико-экономические расчёты перспективного применения результатов выполненных исследований 97
4.1. Технология переработки золотой руды коренного месторождения 97
4.2. ТЭО промышленного освоения золоторудного месторождения 106
4.3. ТЭР перспективного применения разработанных технологий и оборудования в свинцово-цинковой промышленности 119
4.3.1. Экономическая эффективность предварительной концентрации руд Садоно-Згидской группы месторождений 119
4.3.2. Экономическая целесообразность переработки лежалых хвостов Садонского ГОКа 123
4.3.3. ТЭР целесообразности переработки безмедистого клинкера на Урупской ОФ 128
4.4. Выводы 119
Заключение 131
Литература 132
Приложения 144
- Доводка золотосодержащих концентратов
- Теория и практика синтеза слабоконцентрированных ферроколлоидов
- Совершенствование вибролотковых магнито-жидкостных сепараторов
- Экономическая целесообразность переработки лежалых хвостов Садонского ГОКа
Введение к работе
Актуальность работы. Экономическая независимость государства обеспечивается наличием золотого запаса, поэтому золото остаётся предметом высшего потребительского спроса. Сырьевая база золотодобывающей промышленности постоянно ухудшается. В этой связи сохранение и увеличение объемов добычи золота является важной задачей науки и практики. Её решение возможно при условии применения в процессе золотодобычи новейших технологий и оборудования.
При добыче золота из россыпей в РФ базовыми являются шлюзовой и центробежный способы переработки песков. Однако потери золота крупностью менее 0,25мм при промывке песков на шлюзах составляют от 30 до 50%. Центробежные концентраторы (Кнельсон, ИТОМАК) в эксплуатации сложны и дороги. Необходимо сочетание шлюзовых и центробежных аппаратов с традиционно применяемыми гравитационными методами. Шлюзовые концентраты доводят на серийных шлихообогатительных установках (ШОУ), имеющих несложные технологические схемы. Современные ШОУ должны включать более эффективное оборудование для извлечения благородных металлов.
Удаление примесей из шлихового золота часто осуществляют вручную с применением ковриков, лотков, ртути, отдувки. Труднообогатимые промпродукты плавят или доводят амальгамацией. Это трудоемкие, вредные и не всегда эффективные операции. Альтернативой им является метод магнитожидкостной сепарации (МЖС), выполняемый в вибролотковых МЖ-сепараторах. Однако производительность этих аппаратов и эффективность выделения с их помощью тонкого золота не всегда удовлетворяют требованиям технологии доводки золотосодержащих концентратов
Следовательно разработка модульных установок и новых золотоизвлекающих сепараторов является актуальной проблемой.
Цель работы состоит в повышении технико-экономической эффективности извлечения золота из россыпей и руд за счёт применения модульных обогатительных установок с многостадиальными схемами гравитационных, центробежных и комбинированных методов обогащения, а также золотоизвлекающих сепараторов отклоняющего типа.
Идея работы заключается в разработке для освоения мелких месторождений золота с помощью модульных установок, схема обогащения и оборудование в которых подобраны с учётом технологических свойств исходного сырья. Модульные установки должны состоять из аппаратов, выполняющих одну или несколько операций обогащения, технологически связанных между собой и эксплуатируемых без железобетонных фундаментов.
Методы исследований. В работе использованы положения гидродинамики, методы аналитического решения дифференциальных уравнений, системного анализа, физического моделирования разделительных процессов, лабораторные и промышленные испытания сепараторов и установок.
Научные положения, разработанные соискателем:
1. Разработана комбинированная технология разделения материала в турбулентных взвесенесущих потоках и разно-направленно колеблющихся средах под воздействием гравитационных, инерционных и центробежных сил. Предложены схемы цепи аппаратов, конструктивные и проектные решения модульных установок, для реализации данной технологии при обогащении золотосодержащих продуктов.
2. Определены устройство и методика эксплуатации крутонаклонных вибролотковых МЖ-сепараторов для выделения свободного золота. Разработан метод разделения минералов в магнитожидкостных сепараторах отклоняющего типа.
3. Предложен электролитический способ разделения минералов по плотности и электропроводности.
Научная новизна выполненной работы.
Схемы и аппаратурное оформление комбинированной технологии обогащения золотосодержащего сырья и модульных установок определены с учётом результатов лабораторных и промышленных исследований закономерностей извлечения золота гравитационными, центробежными, магнитными и специальными методами. Применения отсадки обосновано с использованием статистической модели разделения материала на решете отсадочной машины, разработанной с учётом закупоривания отверстий сита в соответствии с теорией массообмена Протодьяконова И.О. Новизна и оригинальность предлагаемых схем и технологий подтверждаются патентами РФ.
Конструкции магнитожидкостных сепараторов отклоняющего типа разработаны с учётом аналитического решения дифференциальных уравнений движения частиц в объёме вибрирующей МЖ под воздействием магнитного поля с горизонтальным градиентом напряжённости. При этом также использованы экспериментально полученные зависимости скорости дрейфа частиц в маловязких ферроколлоидах разной концентрации. Для получения качественных МЖ теоретически определены закономерности массовой кристаллизации коллоидного магнетика на затравочных кристаллах, полученных по методу Зигмонди и стабилизации золя методом Флеер и Ликлема.
Способ разделения минералов в электролитах основан на изменении траектории движения частиц под действием горизонтально-направленной силы Лоренца, возбуждаемой скрещенными магнитным и электрическим полями.
Достоверность научных положений подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; согласованностью результатов лабораторных и промышленных испытаний разработанного оборудования.
Научное значение работы
Разработанная статистическая модель отсадки позволяет определить математическое ожидание выхода подрешётного продукта с учетом закупорки отверстий сита отсадочной машины в зависимости от гранулометрического состава обогащаемого сырья и режимных параметров процесса. Оценка вероятности прохождения тяжелыми минералами искусственной или естественной постели позволяют оценить возможности отсадки как для обогащения песков, так и для доводки концентратов.
Полученное выражение скорости горизонтального дрейфа частиц позволяет определить необходимую выталкивающую силу для расчёта магнитной системы МЖ-сепаратора, размеры сепарационной камеры и параметры вибрационного воздействия на магнитную жидкость.
Практическое значение работы. Разработаны изготовлены и успешно испытаны в промышленных условиях двухмодульная установка для переработки золотоносных песков, трёхмодульная установка для перечистки хвостов промывочных приборов и установка для доводки шлихов. Использование их повышает извлечение золота из россыпей на 10-15%.
Созданы новые конструкции крутонаклонных вибролотковых МЖ-сепараторов, отработана методика их эксплуатации. Разработан высокопроизводительный МЖ-сепаратор отклоняющего типа. Успешно испытана лабораторная модель электролитического сепаратора, разделяющего минералы по плотности и электропроводности.
Предложена технология переработки коренной руды месторождения золота с применением разработанных аппаратов и установок.
Реализация работы. Разработанная шлиходоводочная установка эксплуатируется на прииске «Кербинский» ОАО «Дальзолото». Созданные МЖ- сепараторы внедрены в состав ШОУ на промучастках ЗАО «Дальневосточные ресурсы» и ГРП «Амурзолоторазведка». Предложенная схема обогащения рудного сырья использована при составлении ТЭО освоения золоторудного месторождения.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Международных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2003 и 2005 г.), III Международном конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, МИСиС, 2003), Международном конгрессе «300 лет Уральской металлургии» (Екатеринбург, 2004), НТК «Роль научной школы Леонова С.Б. в развитии новых технологий переработки минерального сырья» (Иркутск, 2003 г.), Международной НТК «Основные направления развития обогащения сульфидных руд» (Норильск, 2003 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей и получено два патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 109 наименований и 1 приложения, содержит 148 страниц машинописного текста, 9 таблиц, 23 рисунка.
Доводка золотосодержащих концентратов
Технология доводки концентратов прошла большую эволюцию от простейших вашгердов и бутар через амальгамацию до шлихообогатительных установок и фабрик с развитыми многооперационными схемами обогащения и металлургическим переделом. Это позволило снизить потери золота при доводке до 1-3 %, а при цианировании хвостов ШОФ (ШОУ) -до 0,1 %.
Тем не менее до сих пор часто извлечение свободного золота из черных шлихов осуществляют вручную на вашгерде скребками, или щетками на концентрационном столе. Магнитные минералы при этом убирают также вручную постоянными магнитами. Хвосты вашгерда после многократных перечисток сдают на металлургический передел или доводят ртутной амальгамацией. Очистку золота осуществляют с помощью отдувки. [64].
При переработке коренных золотосодержащих руд золото крупнее 0,05 - 0,10 мм эффективно извлекается гравитацией [65]. Часть золото гравитационным способом извлекают в продукт, называемой "золотой головкой" (50 % и более Аи) с отправкой её на аффинажный завод. Недостаток этого варианта - постоянные разногласия между золотодобывающими предприятиями и аффинажным заводом по поводу качества поставляемой продукции (аффинажные разницы).
Другим продуктом доводки являются богатые хвосты, содержащие мелкое свободное и ассоциированное с породообразующими минералами золото, не улавливаемое гравитацией. Несмотря на то, что суммарное содержание золота в хвостах доводки обычно составляет сотни граммов на 1 т, эти продукты направляют в голову процесса обогащения, где тонкое золото теряется с отвальными хвостами. По оценкам специалистов, потери тонкого золота составляют 5-15 % от количества золота, извлеченного в "золотую головку".
В последнее время проблему снижения потерь тонкого золота с хвостами обогащения пытаются решить применением центробежных концентраторов типа "Knelson". Получаемые при этом богатые концентраты с очень мелким золотом могут также рассматриваться как продукты глубокой доводки руд и россыпей.
Существовавший до последнего времени, вариант переработки продуктов обогащения (гравиоконцентраты, концентраты "Knelson", хвосты глубокой доводки) путем их отправки на медеплавильные заводы, достаточно прост и надежен, однако, невысокое извлечение золота в конечную продукцию, высокие стоимость переработки концентратов и транспортные расходы, а также разногласия в приемке и оплате золотосодержащей продукции сделали данную схему нерентабельной.
Амальгамация как промышленный процесс извлечения золота законодательно запрещена в России и в других странах из-за чрезвычайной токсичности паров ртути. Кроме того, показатель извлечения золота амальгамацией редко превышает 60 -70 %, что делает этот способ экономически неэффективным.
В последние годы вместо амальгамации и отдувки все чаще используют магнитожидкостную сепарацию - процесс разделения минералов в псевдоутяжеленных ферромагнитных коллоидах [66,67] Эффект «утяжеления» феррожидкостей обусловлен воздействием на них неоднородным магнитным полем, в результате чего в объеме ферромагнитной жидкости (ФМЖ) возникает кроме силы Архимеда дополнительная, управляемая выталкивающая сила магнитного происхождения, зависящая от интенсивности поля и концентрации ферроколлоида. Изменяя эти параметры, можно создать уровень выталкивающих сил, достаточный для плавания минералов любой плотности, а, следовательно, и для их разделения [68-70].
Краткий обзор работ, выполненных в связи с проблемами добычи россыпного золота позволяет констатировать: как на стадии первичного обогащения золотоносных песков, так и на стадии доводки гравитационных концентратов (шлихов), полученных из них, в большинстве случаев по прежнему применяются примитивные, малоэффективные, ручные и вредные для здоровья процессы и аппараты. В условиях ухудшения качества исходного сырья это не может способствовать росту золотодобычи.
В ходе промышленного освоения импортных центробежных концентраторов "Knelson" авторы работы [71] успешно испытали несколько схем доводки шлихов с использованием 7,5-дюймовых аппаратов. Промывке в данном случае подвергались лежалые хвосты гидравлического промприбора двухлетней давности. Золото в россыпи преимущественно крупное, свободное, часто - ветвистое, губчатое, пластинчатое. Сопутствующие минералы: магнетит, ильменит, гранат, пирит, амфиболы. Вмещающие породы (сланцы и кварц) составляют в сумме 75-80 %. Содержание золота-100-150 мг/м3.
Концентраты сплошного контейнерного сполоска шлюзов в объеме 200-250 л/сут направляли на ШОФ, где доводили по разработанным в соответствии с их минеральным и ситовым составом технологическим схемам. Операцию измельчения (до 95-98 % класса -0,2 мм) использовали для раскрытия связанного металла, а также для приведения материала к одному классу крупности без узкой его классификации.
Концентраты прибора СПЦ-50 и шлюза промприбора БЦШП-50 содержат золото как мелких, так и крупных классов. Поэтому металл крупностью более 0,5 мм необходимо вывести в голове процесса (до операции измельчения), с тем, чтобы не допустить раскатывания золотин и наклепывания их на поверхность шаров и футеровки мельницы, было предусмотрено обогащение на концентраторе Knelson диаметром 7,5 дюймов подрешетного продукта барабанного грохота. Полученный концентрат разделяли на классы -3+2, -2+0,5, -0,5 мм и с применением операций перечистки на концентрационном столе, рудоразборки и отдувки получали "золотую головку" с содержанием металла до 85%.
Удовлетворительные показатели доводки черновых концентратов были достигнуты в ходе испытаний импортного оборудования: концентрационных столов Gemeni и доводочной установки Goldtron [21,26]. Стол разработан фирмой MTL (Австралия). Основные его отличия от известных конструкций состоят в устройстве деки и организации движения материала по ее поверхности. Вместо привычных рифлей в виде выступов и порожков на двусторонней деке стола Gemeni для улавливания и концентрирования тяжелых минералов применены рифли-канавки, которые располагаются под определенным углом к продольной оси стола, а вдоль этой оси по каждой полудеке, со стороны подачи смывной воды, проходит так называемая "золотая рифля", предназначенная для улавливания свободных золотин. Дека стола сделана из легкого и прочного фибергласса и покрыта несколькими слоями силикатной краски, что обеспечивает хорошую смачиваемость и износостойкость операционной поверхности. Фирма MTL выпускает три модели стола Gemeni, отличающиеся производительностью: модель №60 - 30 кг/ч; №250 - 120 кг/ч и №1000 - 450 кг/ч по твердому питанию. Стол предназначен для обогащения грубых золотых концентратов с крупностью зерна менее 1,0 мм. Рекомендуемая плотность питания - 70 % твердого.
Испытания проводили в лабораторных условиях, максимальная навеска одного опыта - 40 кг. При обогащении бедных продуктов, содержащих 0,01 % золота, в одну операцию удается повысить концентрацию золота в 240 раз при извлечении 95,3 %. Необходимо особо отметить, что крупность золота в этом опыте составляла 83 % класса -0,25 мм, в том числе около 50 класса -0,063 мм.
Опыты по доводке черновых концентратов, содержащих от одного до десятков процентов свободного золота, показали, что в одну операцию возможно получение концентрата с содержанием золота до 96 % при извлечении его не менее 95 %. Исследованиями установлено также, что с помощью стола Gemeni с успехом можно обогащать различное нетрадиционное (в том числе и техногенное) сырье - измельченные выломки плавильных печей, содержащие платину и золото, измельченные промпродукты переработки электронного лома, черновые гравитационные золотосодержащие концентраты, полученные при переработке глинисто-солевых шламов калийного производства.
Установка Goldron разработана и производится американской фирмой Goldfield. Самое важное отличие ее от других доводочных установок состоит в том, что Goldron в едином комплексе, одновременно обогащает и крупный и мелкий материал. Goldron - это компактная комплексная система, состоящая из приемного бункера, шнекового питателя, двухдечного грохота, шлюза и двухдечного концентрационного стола.
Теория и практика синтеза слабоконцентрированных ферроколлоидов
Ферромагнитный коллоид - это система наноразмерных частиц магнетика, покрытых адсорбционным слоем ПАВ и помещенных в жидкую среду (в большинстве случаев легкий углеводород, например, - керосин) [72]. При синтезе магнитной жидкости требуется решить две проблемы. Прежде всего, имеет принципиальное значение получение однодоменных частиц магнетика (15,4 нм для Fe, 21 нм для Со и 40 нм - для Ni), т.к. с ростом размера частиц снижается их седиментационная устойчивость и ухудшаются магнитные свойства, особенно в слабых магнитных полях. Во-вторых, строение адсорбционного слоя стабилизатора на поверхности частиц должно обеспечивать образование агрегативно устойчивого коллоидного раствора в жидкости-носителе.
Получение высокодисперсного магнетита методом химической конденсации, предложенное Элмором [70], основано на реакции: FeCl2 + 2FeCl3 + 8NaOH - Fe304 + 8NaCl + 4H20
Хорошо известна в аналитической химии и другая реакция получения магнетита [102]: FeS04 + 2FeCl3 +8NH4OH - Fe304 + 6NH4Cl + (NH4)2S04 + 4H20 суть которой заключается в том, что сначала получают золь магнетита, смешивая водные растворы солей двух- и трехвалентного железа при 25-40 С и при постоянном перемешивании (для ограничения роста частиц) добавляя к ним в полуторном (сверх стехиометрического) избытке водный раствор аммиака. При этом образование зародышей новой фазы и их рост происходят одновременно - методом гомогенной конденсации. Затем магнетит переводят из водной среды в углеводородную методом пептизации раствором олеиновой кислоты и углеводорода при температуре 60-90 С. Учитывая конденсационный механизм формирования золя, можно выделить ряд параметров, определяющих степень дисперсности частиц. Скорость образования зародышей {щ) пропорциональна относительному пересыщению (поТамману) [73].
При высокой скорости возникновения зародышей и сравнительно малой скорости конденсации частиц увеличивается вероятность образования золя, а не грубодисперсного осадка. Практически это достигается путем вливания концентрированного раствора одного компонента в очень разбавленный раствор другого при сильном перемешивании (правило Веймарна).
Для разработки и исследования метода получения монодисперсного золя магнетика воспользуемся кинетической моделью агрегации-фрагментации (дезагрегации) частиц в гидродинамическом сдвиговом поле коагулирующей суспензии, предложенной в работе [74]. Будем исходить из предположения, что в равновесном состоянии, когда скорости присоединения и отрыва частиц от агрегата равны, происходит разделение дисперсной фазы на две фракции: одна состоит из крупных агрегатов, другая - из мелких частиц (первичных частиц и небольших агрегатов). Основной причиной формирования полидисперсной системы следует считать различие механизмов (броуновского и градиентного) роста мелких и крупных агрегатов. Частицы мелкой и крупной фракций характеризуются в модели непрерывными спектрами масс J{ju) и F(m) (ju, т - массы частиц соответствующих фракций). Каждая из функций/и F нормирована на число частиц в своей фракции. Считается, что при конденсационном методе получения золя вначале получается 30 % коллоидного магнетика, после чего процесс резко замедляется. На медленной стадии происходит образование очень мелких частиц - зародышей новой фазы. Последние объединяются в крупные, но нестабильные агрегаты (коагуляция с последующей пептизацией). Частицы, входящие в агрегаты, постепенно укрупняются и при достижении определенного размера образуется устойчивый золь, что описывают следующие кинетические уравненияЧастицы затравочного золя столь малы, что практически не реагируют на наложение магнитного поля. Теперь их следует укрупнить до предельных размеров, при которых они, все еще участвуя в тепловом движении (хаотичной броуновской осцилляции), приобретут явно выраженные магнитные свойства. Для этого в аммиачный затравочный золь вливают основное количество металлосодержащих реагентов, при котором новые зародыши уже не образуются, а идет только массовый рост уже имеющихся: получается изодисперсный и изоморфный золь магнетика с объемной концентрацией магнитной фазы от 1,8 до 7,8 %.
Получены первые экспериментальные доказательства того, что воздействие вибрации на дисперсную систему увеличивает эффект от тепловых ударов молекул дисперсионной среды, снижающих возможность образования элементов неоднородностей структуры в виде агрегатов частиц. Необходимое условие достижения агрегативной динамической устойчивости золя при полном их дезагрегировании состоит в том, что энергия вынужденных колебаний (кстати, целесообразно сочетать низкочастотные механические колебания с колебаниями ультразвуковых частот) должна превышать суммарную энергию связи частиц с соседними частицами в структурной сетке.
Перед стабилизацией золя для удаления электролитов его промывают водой.
Для стабилизации золя применен так называемый метод "двойной добавки", предложенный Флеер и Ликлема [76]. Суть метода сводится к тому, что добавлением исходного (незащищенного) золя к определенному объему этого же коллоидного раствора, но содержащего адсорбированный стабилизатор, удается регулировать соотношение числа покрытых стабилизатором и непокрытых частиц в дисперсной системе.
Для исследования метода получают магнитную жидкость, условия стабилизации коллоидного магнетита в которой отличаются от описанных Е.Е.Бибиком и Б.М.Берковским [70] (раствор олеиновой кислоты и керосина при массовом отношении магнетит : олеиновая кислота : углеводород равном 67,5 : 12,5 : 20,5 вливают при перемешивании в нагретый до 90 С гидрозоль магнетита; воду отделяют от магнитной жидкости на воронке Бюхнера и "отжимают" на магнитном сепараторе) тем, что массовое отношение магнетит : олеиновая кислота : углеводород изменяют на 67,5 : 25 : 41. Затем определенный объем (vj) этой магнитной жидкости добавляют при перемешивании к нагретому до 90 С исходному (незащищенному) золю (иг). Таким способом удается регулировать соотношение числа защищенных и незащищенных частиц в системе в = V\li i. Методика прямого измерения численной концентрации золя N с применением поточного ультрамикроскопа ВДК-4.
Жирная кислота является сильным стабилизатором, т.к. ее полярные группы химически фиксируются на солеобразующей поверхности частиц с образованием двумерного мыла. Межфазное натяжение уменьшается за счет усиления взаимодействия нормально ориентированных углеводородных радикалов адсорбционного слоя с углеводородной дисперсионной средой (экстракции углеводородом гидрофобизированного РезС ). При этом значительно увеличивается энтропийная составляющая системы, в результате чего агрегативная устойчивость системы повышается. Адсорбционный слой ПАВ способствует образованию адсорбционно-сольватных оболочек, создающих структурно-механический барьер (по Ребиндеру, препятствующий динамической коагуляции. В результате химической фиксации стабилизатора адсорбционное равновесие в системе достигается довольно быстро: уже через 10-15 мин. контакта олеиновой кислоты с частицами золя первой порции (ТІ) уменьшение числа частиц N резко замедляется; при дальнейшем росте Т\ до 70 мин. (в отдельных опытах Т превышало 24 часа) действие стабилизатора практически не проявляется (табл.).
При 0= V\li i = 1, что соответствует одинаковому числу обоих сортов частиц в золе, сила отталкивания, возникающая при соприкосновении наружных частей заполненного адсорбционного слоя ПАВ, минимальна. Этот состояние системы сопровождается потерей агрегативной устойчивости в результате коагуляции частиц дисперсной фазы золя, выпадению осадка и уменьшению плотности коллоида. Изменение соотношения в = V\IOi = 1 в любую сторону повышает агрегативную устойчивость золя. Пептизирующее действие растворов стабилизатора малой концентрации можно объяснить эффектом Ребиндера (стерической составляющей расклинивающего давления), т.е. упругим отталкиванием адсорбционных слоев ПАВ и их механической прочностью, препятствующим коагуляции частиц. При высокой концентрации олеиновой кислоты в дисперсной системе первой порции избыток стабилизатора на поверхности частиц второй порции образует за пределами плотного (первого) хемосорбированного слоя слой физически адсорбированных молекул олеиновой кислоты. Сочетание хемосорбированного поверхностного олеата железа (снижающего магнитные свойства частиц) и физически косорбированных молекул олеиновой кислоты приводит к стабилизации коллоидного раствора. При избытке олеиновой кислоты следует учитывать и особенности ее мицеллярного строения, так как возможно формирование структурно-механического барьера из мицелл, образующихся в растворе ПАВ. Эти два противоположных эффекта и обусловливают появление минимума на кривой N=f(u\/i 2).
Совершенствование вибролотковых магнито-жидкостных сепараторов
Для выделения свободного золота из гравитационных концентратов и шлихов, как указывалось выше, достаточно широко используются магнитожидкостные сепараторы (МЖС) вибролоткового типа. В зависимости от разработчика и изготовителя эти аппараты имеют свои особенности в конструкции и эксплуатации. Ниже рассматриваются устройство и методика применения МЖ-сепараторов, разработанных с учетом возможности их эксплуатации на слабоконцентрированных ферроколлоидах с большим уклоном рабочегослоя МЖ [91]. Способ удержания МЖ в межполюсном пространстве в данном случае не рассматривается поскольку является предметом «ноу-хау».
МЖ-сепаратор состоит из магнитной системы, сепарационной кюветы, вибратора, приемников исходного питания и продуктов разделения, (рис. 3.6) Магнитная система имеет С-образную форму и клиновидный межполюсный зазор. Система состоит из двух ферромагнитных полюсов и плиты, образующих замкнутый магнитопровод. В каждый полюс длиной 300 мм встроены по 40 постоянных магнитов размером 20x30x50 мм из никель-кобальтового сплава ЮНДК35. Это обеспечивает напряженность магнитного поля в узкой части межполюсного зазора до 4500 эрстед. Интенсивность магнитного поля в зазоре регулируют изменением ширины межполюсного пространства с помощью регулировочных винтов. Максимальная ширина зазора в узкой части составляет 30 мм.
Разделяемый материал с помощью вибролотка подается в объем ФМЖ, ограниченный стенками сепарационной кюветы. Тяжелые частицы золота тонут и, за счет вибрации кюветы, продвигаются по дну до разгрузки, в соответствующий приемник. Легкие частицы (кварц, сульфиды плотность до 5 г/см ) плывут по поверхности ФМЖ за счет наклона магнитной системы (и соответственно слоя ФМЖ) и разгружаются в конце рабочего слоя. Эти частицы отсекаются с помощью неподвижной перегородки, установленной с торца магнитной системы.
В конструкции МЖ-сепаратора предусмотрено два типа сепарационных кювет, что позволяет реализовать различные способы сепарации минералов.
В первом случае разделение минералов осуществляется в слое феррожидкости, висящем между полюсами магнитной системы (рис. З.б.а). Феррожидкость, заливаемая непосредственно в пространство между полюсами, удерживается магнитным полем в подвешенном состоянии, образуя рабочий слой с четырьмя свободными поверхностями высотой 4-6 см, длиной 31-32 см. Втягивание феррожидкости в область магнитного поля с максимальной напряженностью создает в ней дополнительное гидростатическое давление а, следовательно, и дополнительную выталкивающую силу [66]. При этом направление магнитной выталкивающей силы зависит от направления вектора градиента напряженности магнитного поля (VHj. В клинообразном зазоре выше "нулевой" линии, т.е. выше уровня узкой части зазора (h = 0), вектор VH направлен вверх и, следовательно, магнитная выталкивающая сила совпадает с гравитационной выталкивающей силой. Ниже "нулевой" линии вектор VH и магнитная выталкивающая сила направлены вниз.
На графиках (рис.3.6.а,б) показаны зависимости p3(h) для клинообразного зазора, из которых видно, что в самой узкой части величина рэ = 0, а на расстоянии 0,5-1,0 см от "нулевой" линии достигает максимальной величины (8-Ю г/см3). На этом уровне должно располагаться дно сепарационной кюветы, вставленной в слой ФМЖ между полюсами магнитной системы. В противном случае, легкие или промежуточные по плотности частицы, случайно попавшие ниже уровня максимальной рэф (за счет сил инерции при падении в слой ФМЖ или вследствие соударения с другими частицами), не смогут подняться со дна кюветы на поверхность ФМЖ или вернуться на соответствующий их плотности уровень в объеме ФМЖ. При правильной установке кюветы эффективная плотность ФМЖ на дне кюветы будет максимальной, снижаясь постепенно до минимальной на верхней поверхности ФМЖ.
Принцип разделения минералов в подвешенном слое понятен из представленной схемы. Разделяемый материал из воронки вибролотком подается в объем ФМЖ. Частицы плотностью более 10 г/см3 (золото) тонут и за счет вибрации кюветы продвигаются по дну до первого разгрузочного патрубка. Здесь они проваливаются сквозь слой ФМЖ и попадают в приемник. Частицы плотностью до 5 г/см3 плывут по поверхности ФМЖ за счет её наклона и разгружаются в конце рабочего слоя. Эти частицы отсекаются вертикальной перегородкой с торца магнитной системы. Верхняя кромка перегородки должна быть на 0,5-1,5 см выше дна сепарационной кюветы. Частицы промежуточной плотности (галенит, бронза и т.п.) плывут в средних по глубине слоях ФМЖ и, достигнув вертикальной перегородки, разгружаются в средний приемник.
Небольшой раствор полюсов в продольном направлении (0,7-1,5см при виде сверху) способствует движению материала вдоль кюветы и улучшает условия разгрузки. Подачу материала регулируют амплитудой вибролотка, задаваемой напряжением тока на катушки вибратора. Вибрация, передаваемая стенками кюветы всему объему ФМЖ, способствует движению и разделению частиц. В случае установки сепарационной кюветы так, что ее дно выше уровня максимальной эффективной плотности ФМЖ, возможно зависание тяжелых и промежуточных частиц в разгрузочных патрубках. При установке кюветы ниже максимальной рЭф возможно затруднение движения тяжелых частиц по дну кюветы.
Второй способ разделения минералов осуществляется в слое жидкости, лежащем на дне сепарационной кюветы (рис.3.6.6). В данном случае пространство между полюсами и стенками кюветы остается свободным. Кювета имеет три свободные поверхности - верхнюю и две торцевых. Высота части слоя ФМЖ с положительной выталкивающей силой, а соответственно и ширина слоя в верхней части в этом случае на 2-3 см больше. Это позволяет увеличить исходную нагрузку на сепаратор. Сепарационную кювету с лежащим слоем ФМЖ, со стороны разгрузки необходимо подвешивать тягами, которые фиксируют ее положение по высоте относительно полюсов. Консольная подвеска кюветы здесь неприемлема. Высота расположения дна кюветы, как и в предыдущем случае, должна быть на 0,5-1 см выше "нулевой" линии.
Разгрузка разделённых часиц в этом случае осуществляется только с торцевой поверхности слоя ФМЖ с помощью горизонтальной перегородки, переходящей в наклонный желобок.
Возможен и третий- комбинированный способ МЖ-сепарации, в котором используется кювета второго типа, вставленная в подвешенный слой ФМЖ. Третий способ, в сравнении с первым, имеет преимущество в длине донной части кюветы, что способствует очистке золота. В сравнении со вторым способом преимуществом третьей схемы является возможность консольного крепления кюветы через вибролоток.
В МЖ-сепараторе используется ферромагнитный коллоид магнетита в керосине. Стабилизатором коллоида является олеат натрия. Намагниченность ферроколлоида 5-10 кА/м, физическая плотность 0,9-1,0 г/см3. Магнетит получают химическим осаждением смеси двух- и трехвалентных солей железа аммиаком. Пептизация магнетита в керосине осуществляется при температуре 90-100 С и интенсивном перемешивании [70].
Подготовка МЖ-сепаратора к работе заключается в сборке его основных узлов согласно инструкции Далее в зависимости от способа сепарации необходимо закрепить вертикальный отбойник легкой фракции или подвесить разгрузочный конец кюветы тягами. Затем нужно отрегулировать межполюсной зазор винтами так, чтобы полюса не зажимали вибрирующую кювету, но и расстояние между полюсами и стенками кюветы было минимальным. При использовании первого способа МЖС приемники золота должны на 3-Ю мм входить в слой ФМЖ снизу для того, чтобы легкие частицы, случайно попавшие и зависающие на нижней поверхности ФМЖ не попадали в приемники золота.
Экономическая целесообразность переработки лежалых хвостов Садонского ГОКа
1. Характеристика исходного сырья.
По различным данным в хвостохранилище Мизурской обогатительной фабрики накоплено более 4 млн. т лежалых хвостов в виде мелкозернистого песка. Крупность песка менее 0,5 мм, причем около 80 % материала имеет крупность от 0,1 до 0,3 мм. Минеральный состав лежалых хвостов.
Большая часть нерудных минералов находится в свободном состоянии. Промышленную ценность в лежалых хвостах представляют свинец, цинк, медь и благородные металлы, содержание которых в хвостах ( % ) для предварительных расчетов можно принять следующее.
2. Обогатимость лежалых хвостов.
По технологическим свойствам лежалые хвосты (отходы) являются минеральным сырьем, которое не требует дорогостоящей выемки из горного пространства, уже раздроблено и измельчено, и которое можно отнести к легкообогатимым продуктам. Потери металлов с отходами основного производства связаны с несовершенством технологии рудоподготовки и обогащения руд, принятой на Мизурской ОФ, неритмичностью работы обогатительной фабрики, нестабильным качеством исходной руды, отклонениями от принятого реагентного режима. В различное время на Мизурской обогатительной фабрике перерабатывали богатые привозные руды без детальной разработки для них технологической схемы и режима, что приводило к значительным потерям металлов с отвальными хвостами.
Результатами исследований институтов ВНИИЦВЕТМЕТ, СКГМИ, ЦНИГРИ и др. показано, что из лежалых хвостов МОФ можно извлечь от 50 до 75 % каждого из имеющих промышленную ценность металлов в пригодные для металлургической переработки концентраты. Концентраты могут быть получены с применением флотационных, гравитационно-флотационных или комбинированных методов обогащения. 3. Рекомендуемая схема и ожидаемые показатели обогащения. Очевидно, что в условиях Садонского рудоуправления будет экономически оправдано предварительное обогащение лежалых хвостов непосредственно в районе расположения хвостохранилища с использованием наиболее дешевых и производительных гравитационных методов. Применение гравитационных методов позволяет получать гравиоконцентрат, который по содержанию металлов близок к качеству исходной руды. Выход такого концентрата составит около 10 % при извлечении РЬ 64,9 %, Zn - 75,2 %, Au - 55 %, Ag -60 %. После обезвоживания гравиоконцентрат доставляют автотранспортом на МОФ и перерабатывают по одному из двух вариантов:
совместно с рудой в соотношении 1 : 1 по существующей технологии;
отдельно с применением специально подготовленной к измельчению концентрата мельницы (например, мельницы № 3).
Гравитационное обогащение отходов в районе хвостохранилища рекомендуется осуществлять в две стадии. Для первой стадии гравитационного обогащения могут быть применены винтовые сепараторы, конусные шлюзы или шлюзы типа Райхерта, для второй -отсадочные машины или виброконцентраторы. Между операциями обогащения возможно обесшламливание песков на гидроциклонах. Целесообразность применения магнитной сепарации при получении гравиоконцентрата требует специальной проработки.
В таблице 4.4 приведены ожидаемые показатели гравитационно-флотационной технологии обогащения лежалых хвостов по предлагаемой технологии.
4. Производительность комплекса по предварительному обогащению песков на хвостохранилище и доводке гравиоконцентрата на МОФ.
Объем переработки лежалых хвостов определяется, исходя из существующих и перспективных мощностей МОФ и рудника. С учетом того, что в ближайшие годы МОФ может перерабатывать не более 120 тыс. т руды в год, а рудник выдать не более 60 тыс. т руды, то становится очевидно, что МОФ может быть загружена не более, чем на 50 % своей мощности (в настоящее время МОФ недогружена, примерно, на 75 %). В этой ситуации целесообразно планировать получение из лежалых хвостов гравиоконцентрата в количестве 60 тыс. т в год. Для получения такого количества гравиоконцентрата необходимо перерабатывать ежегодно около 600 тыс. т лежалых хвостов. Таким образом, производительность комплекса по переработке лежалых хвостов МОФ должна быть на уровне Q = 100 т/ч.
5. Добыча и подготовка лежалых хвостов к обогащению.
Горно-геологические условия залегания песков хвостохранилища МОФ позволяют достаточно эффективно их извлекать с применением техники и технологии, используемых при гидравлической переработке (промывке) золотосодержащих песков россыпных месторождений золота в самом облегченном варианте. Имеется в виду вариант подачи песков на вашгерд бульдозерами (Т-130, Т-175) и размыв их с помощью гидромониторов. Возможна подача песков с применением землесосных установок на базе Песковых насосов типа ГрАТ или ГрАУ, смонтированных стационарно или на понтонах. Системы забора песков из хвостохранилища и возврата их после гравитационного обогащения также могут быть различными и определены в ходе проектирования.
6. Приближенный ТЭР целесообразности переработки лежалых хвостов МОФ.
Для создания комплекса по переработке лежалых хвостов МОФ необходимо организовать производственный участок с численностью работающих 30 человек, приобрести технику для гидравлической отработки песков хвостохранилища, их обогащения и транспорта, предусмотреть средства на электроэнергию, топливо и другие эксплуатационные затраты.
Следовательно, общая прибыль от реализации проекта составит ориентировочно 2,5 млн. $ US.
Таким образом, экономическая эффективность проекта в целом невысокая ( 360 тыс. $ US в год). Однако проект позволит предприятию стабильно безубыточно работать в течение 7 лет с полной загрузкой Мизурской ОФ.
