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 (B.A. Чантурия, 2008).
При добыче золота из россыпей в РФ основным является шлюзовой способ переработки песков, после промывки которых получают гравитационные концентраты (шлихи). Шлюзовые концентраты доводят на шлихообогатительных установках (ШОУ), имеющих несложные технологические схемы и оборудование. При этом теряется до 10 % золота, в том числе из-за плохой работы магнитных сепараторов, активно применяемых в технологии доводки.
Удаление примесей из шлихового золота часто осуществляют вручную с применением ковриков, лотков, ртути и отдувки. Это трудоемкие, вредные для здоровья и не всегда эффективные операции. Альтернативой им является процесс магнитожидкостной сепарации (МЖС). Однако показатели МЖС зависят от степени предварительного выделения магнитных минералов, то есть от эффективности работы магнитных сепараторов. Неполное выделение магнитных составляющих в исходных гравиоконцентратах или большие потери золота с хвостами магнитных сепараторов снижают общие показатели доводки. Решение проблемы возможно на основе современных достижений, базирующихся на трудах известных российских и зарубежных учёных А.Я. Сочнева, И.С. Дацюка, В.Г. Деркача, В.И. Кармзина, И.Н. Плаксина, В.В.Кармазина, В.П. Мязина, Ю.И. Азбеля и др. Исследованиями и разработками в данной области занимались в институтах Механобр, МГГУ, МИСиС, СКГМИ и др. Таким образом, разработка новых технологий и оборудования для магнитной сепарации золотосодержащих концентратов является актуальной.
Цель работы состоит в повышении технико-экономической эффективности извлечения золота из россыпей за счёт применения в операциях доводки золотосодержащих концентратов усовершенствованного оборудования для магнитного обогащения.
Идея работы заключается в использовании для доводки гравиоконцентратов на стадии мокрого обогащения комбинированного магнитно-гравитационной установки на базе тарельного магнитного сепаратора и концентрационного стола, а также в усовершенствовании магнитных систем канального и сухого двухвалкового магнитных сепараторов применением высококоэрцетивных магнитов из редкоземельных сплавов оригинальной конфигурации и размеров, рассчитанных по результатам математического моделирования магнитных полей
Методы исследований. В работе использованы современные методы аналитического расчёта магнитных полей постоянных магнитов, фундаментальные положения гидродинамики, методы аналитического решения дифференциальных уравнений, системного анализа, физического моделирования разделительных процессов, лабораторные и промышленные испытания сепараторов и установок.
Защищаемые научные положения:
1. Используя понятие и выражение потенциала элементарного слоя тока из теории функций комплексных переменных, методом преобразования координат получены аналитические выражения векторного магнитного потенциала, составлены программы расчёта картин и графиков основных параметров магнитного поля для математического моделирования систем постоянных магнитов тарельного, канального и валкового магнитных сепараторов с заданной эпюрой извлекающих магнитных сил.
2. На основании апраксимации эмпирической зависимости Рейлея получено аналитическое решение уравнения движения частиц в жидкой среде под воздействием магнитного поля с учётом вязкостного и гидродинамического сопротивлений в широком диапазоне чисел Рейнольдса.
3. На основе физическо - математического моделирования магнитных систем и гидродинамического режима процесса магнитного обогащения разработаны конструктивные и технологических параметры тарельного, канального и валкового магнитных сепараторов
4. Испытаниями лабораторных моделей на искусственных минеральных смесях и пробах золотосодержащих концентратов подтверждена эффективность разработанного оборудования. Опытные образцы магнитных сепараторов внедрены в практику золотодобычи на трёх объектах.
Новизна и значение научных положений. Впервые получены аналитические формулы в полярной системе координат для расчёта напряженности, градиента напряжённости и силы магнитного поля системы двух постоянных магнитов. Данные выражения могут быть использованы в математических моделях магнитных сепараторов разного назначения. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования в канальных магнитных сепараторах клинообразных магнитных систем.
Впервые получено аналитическое решение уравнения движения шарообразных частиц в магнитном поле с учётом вязкостного и гидродинамического сопротивления в диапазоне значений критерия Рейнольдса от 1 до 10000. Выведена формула, связывающая скорость движения и путь при перемещении частиц в направлении магнитной силы. Полученное выражение позволяет определить необходимую магнитную силу для расчёта магнитного сепаратора, размеры сепарационной камеры и параметры питающего устройства. Новизна разработки подтверждается также патентом РФ на устройство разработанного магнитного сепаратора
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических расчетов и результатов физического моделирования магнитных систем. Оценка адекватности модели выполнена с доверительной вероятностью 0,85; дублированием лабораторных и промышленных экспериментов, согласованностью результатов лабораторных и промышленных испытаний разработанного оборудования.
Практическое значение работы. Разработаны, изготовлены и успешно испытаны в лабораторных и промышленных условиях тарельный, канальный и валковый магнитные сепараторы, на базе которых разработана и рекомендуется техноогическая схема доводки золотосодержащих концентратов. Использование этого оборудования повышает извлечение золота из россыпей на 1-2 % , что заметно улучшает экономические показатели золотодобычи.
Реализация работы. На промучастке ОАО «Дальзолото». эксплуатируется шлиходоводочная установка, укомплектованная разработанным оборудованием. Созданные сепараторы внедрены в состав ШОУ на промучастках ЗАО «Дальневосточные ресурсы» и ГРП «Амурзолоторазведка». Предложенная схема доводки гравитационных концентратов использована при составлении ТЭО освоения Питиниканского и Бастахского золоторудных месторождений и внедрена в практику геологоразведки ООО «НПО 79 элемент».
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Международных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2011 и 2013 г.), IX Международном конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, МИСиС, 2013), X1 Международном симпозиуме «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях». Белгород 2011, IX Международной научно-практической конференции «Оборудование для обогащения рудных и нерудных материалов» (Новосибирск, 2012), ежегодных научно-технических конференциях СКГМИ, Владикавказ, 2008-2012гг и кафедре ОПИ МГГУ, Москва, 2012,2013гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и 1 патент на изобретение, №2478009 от 02.11.2011г.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 119 наименований и 4 приложений, содержит 136 страниц машинописного текста, 19 таблиц, 11 рисунков.
