Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Содержание вопроса и задачи исследований
1.1. Проблема мелкого, тонкого и пылевидного золота 8
1.2. Анализ опыта отечественных и зарубежных исследователей в направлении гравитационного и центробежного обогащения дисперсных полезных ископаемых 14
1.3. Анализ практики работы оборудования дезинтеграции, размыва и гравитационного обогащения золотосодержащих песков россыпей 19
1.4. Анализ основ теории и гипотез гравитационного обогащения руд 21
Выводы 23
Глава 2. Исследование гидродинамики движения жидкости и взвесенесущего потока на шлюзах
2.1. Изучение и анализ требований гидравлического моделирования безнапорных потоков на шлюзах 25
2.2. Изучение влияния динамики водного потока на структуру его внутренних течений 29
2.3. Изучение закономерности внутренних течений водных прямолинейных потоков 35 Выводы 41
Глава 3. Исследование влияния особенностей технологии и конструктивных параметров на работу промывочно — обогатительного прибора с непрерывным выводом концентрата
3.1. Изучение физико-механических свойств золотосодержащих песков 43
3.2. Анализ основных зависимостей гидравлического расчёта движения гидросмесей на шлюзах 49
3.3. Исследование гидродинамики движения частиц в тонком слое водного потока на наклонной плоскости 54
3.4. Исследование влияния содержания зёрен золота пластинчатой формы в общей массе золота в исходных песках на результаты промывки и обогащения металлоносных песков. 63 Выводы 69
Глава 4. Полевые испытания промывочно-обогатительной технологии с непрерывным выводом концентрата
4.1. Совершенствование метода концентрации полезных ископаемых и устройств для его осуществления 71
4.2. Развитие современных гидравлических способов переработки и обогащения золотосодержащих песков 78
4.3. Совершенствование конструкции промывочно — обогатительного прибора с непрерывным выводом концентрата 85
Выводы 112
Заключение 113
Основные результаты 116
Библиографический список 118
Приложения
- Анализ опыта отечественных и зарубежных исследователей в направлении гравитационного и центробежного обогащения дисперсных полезных ископаемых
- Изучение влияния динамики водного потока на структуру его внутренних течений
- Анализ основных зависимостей гидравлического расчёта движения гидросмесей на шлюзах
- Развитие современных гидравлических способов переработки и обогащения золотосодержащих песков
Введение к работе
Актуальность работы обусловлена необходимостью повышать степень извлечения мелких, тонких и тонкодисперсных зёрен ценных минералов перерабатываемых и техногенных россыпных месторождений. Существующие промывочные и промывочно-обогатительные приборы не обеспечивают требуемую глубину и качество промывки и обогащения металлоносных песков, требуемую степень извлечения ценных тонкодисперсных минералов, требуемый выход и величину добычи ценных компонентов, в частности, золота. Для решения этих проблем необходимо: продолжение изучения гидродинамики взвесенесущих потоков, совершенствование технологии шлюзовых процессов извлечения труднообогатимого золота, совершенствование конструкции промывочно-обогатительного оборудования. Необходимо создание высокопроизводительных процессов и аппаратов для подготовки и обогащения минерального сырья; освоение развитых систем переработки, обеспечивающих комплексное извлечение из сырья всех тяжелых ценных минералов; охрану окружающей среды. Необходимость решения этих проблем предопределяет перевооружение горно-обогатительного производства заменой приборов с примитивной технологией на приборы и обогатительные установки с современной схемой обогащения и существенное изменение технологии. Это увеличит добычу ценных минералов и металлов, снизит финансовые и материальные расходы, сохранит и расширит минеральную базу для более рационального её использования, что является весьма актуальной задачей.
Цель работы: разработка модели гидродинамики шлюзовых технологических процессов, совершенствование технологии промывки и обогащения золотоносных песков и конструкции оборудования.
Задачи исследований:
- анализ процессов промывки и обогащения золотосодержащих песков;
- изучение гидродинамики движения воды и взвесенесущих потоков, содержащих труднообогатимые зёрна ценных компонентов;
- разработка рациональных технологических режимов и технических параметров процессов обогащения золотосодержащих песков.
Объекты исследования: водные потоки и процесс промывки и обогащения золотосодержащих песков.
Научная новизна:
- разработаны алгоритм гидродинамического расчёта движения потока гидровзвеси и методика выполнения гидродинамических исследований;
- изучена структура внутренних течений в зависимости от чисел Фруда и Рейнольдса, характеризующих режимы и динамику водного потока и гидросмеси;
- предложена математическая модель учёта условий равновесия сил, действующих на минеральную частицу;
- разработана методика и выполнен анализ основных зависимостей гидравлического расчёта движения гидросмесей в желобах.
Научные положения, выносимые на защиту:
- результаты изучения структуры внутренних течений в зависимости от чисел Фруда и Рейнольдса, характеризующих режимы и динамику водного потока и гидросмеси;
- разработана методика и выполнен анализ основных зависимостей гидравлического расчёта движения гидросмесей в желобах;
- предложена математическая модель учёта условий равновесия сил, действующих на минеральную частицу.
Методы исследований. При проведении теоретических исследований использовались фундаментальные положения гидродинамики сплошных сред и взвесенесущих потоков, теоретические закономерности кинематики и кинетики непрерывных процессов. Использованы апробированные методы аналитического и численного решения уравнений, математического и физического моделирования технологических процессов, планирования экспериментов и методов управления процессами.
Научное и практическое значение работы
- разработан метод ламинаризации турбулентных водных потоков и гидросмеси;
- определены и уточнены рациональные технологические режимы работы и конструктивные параметры оборудования; подтверждена возможность обеспечения псевдоламинарного режима движения потока воды на шлюзах;
- впервые выполнены исследования влияния процентного содержания золотин пластинчатой формы в общей массе россыпного золота перерабатываемых песков в полупромышленных условиях и проведено сравнение результатов при полевых испытаниях;
- усовершенствована конструкция шлюзов мелкого наполнения промывочно - обогатительного прибора с непрерывным выводом концентрата;
- выполнен расчёт экономической эффективности от внедрения промывочно – обогатительного прибора с непрерывным выводом концентрата.
Достоверность научных положений и результатов подтверждается полученными аналитическими и эмпирическими зависимостями, описывающими процессы промывки и обогащения металлоносных песков. Эти зависимости и математические модели позволили усовершенствовать технические решения, испытания которых экспериментально подтвердили достоверность научных положений и результатов.
Реализация работы. Основные положения по интенсификации работы цикла полевых испытаний промывочных приборов, оборудования и приспособлений выполнены на золотоносных участках россыпей Бодайбинского района - участки Догалдын, Имнях, Хорлухтах и Мариинский. Полевые испытания промывочно - обогатительного прибора с непрерывным выводом концентрата проведены в условиях участках: Имнях старательской артели «Прогресс»; Догалдын, Вача старательских артелей «Прогресс» и «Вачинское». Производство промывочно-обогатительных приборов и гравитационного оборудования нового поколения, их испытания и внедрение на приисках старательских артелей организовано на опытно - экспериментальном заводе НПП «Энроф» при научной консультации ОАО «Иргиредмет». Дополнительно результаты работы опробированы и испытаны в полевых условиях на участках российской концессии Olana Ghana Limited.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждались на:
- научно-практической конференции «Состояние минерально-сырьевой базы России и законодательное обеспечение её развития», 21-22 февраля 2002 года, г. Санкт-Петербург.
- конференции «Закон Российской Федерации «О недрах»: проблемы разграничения полномочий в сфере управления государственным фондом недр», 24 октября 2002 года, г. Москва.
- научно-технической конференции «Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований», г Иркутск, 2004 г.
- научно-практической конференция «Геомодель-2005», г. Геленджик.
- Международное совещание «Современные проблемы обогащения и глубокой комплексной переработки минерального сырья» (Плаксинские чтения 2008), г. Владивосток. 2008.
Публикация. По материалам диссертационной работы опубликовано 19 статей, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК. Подана заявка на получение патента.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы из 225 наименований, содержит 136 страниц машинописного текста, 26 таблицы, 25 рисунков.
Анализ опыта отечественных и зарубежных исследователей в направлении гравитационного и центробежного обогащения дисперсных полезных ископаемых
Металлоносные дезинтегрированные пески, подвергаются промывке и первичному гравитационному обогащению. Но несмотря на то, что гравитационные методы широко используются для обогащения измельченных руд и песков россыпей, содержащих различные ценные минералы, не существует точного математического описания гравитационных процессов. Современное состояние теории гравитационного обогащения не удовлетворяет запросам практики [144, 216]. Большинство практических задач решается либо методом аналогий, либо прямым экспериментом. Метод аналогий достаточно эффективен для решения типовых задач, но неприемлем, когда приходится сталкиваться с новыми нестандартными задачами. В этом случае теоретический подход перспективен лишь при наличии хорошо разработанной теории. В теории гравитационного обогащения главной моделью является модель взвешенного слоя, образованного восходящим потоком. В этой модели взвешенные частицы и слой в целом находятся в равновесии под действием гравитационных и гидродинамических сил, а поток жидкой фазы равномерно обтекает все зёрна взвеси. На основе данной модели удачно описываются закономерности, относящиеся к взвешенному слою в целом: потери напора, расширение слоя. Однако для объяснения процессов расслаивания, массо- и теплообмена она оказалась непригодной, что заставило привлекать дополнительные модели [66]. По существующим представлениям, расслоение - это процесс перемещения зёрен к уровням их равновесия, где гравитационные силы полностью уравновешиваются гидродинамическими. Для мономинеральной взвеси теоретический расчёт и фактические результаты совпадают -сплоченность взвеси, условная плотность слоев и крупность зерен в отдельных слоях закономерно увеличиваются сверху вниз. Однако расслоение по плотности биминеральной и тем более полиминеральной взвеси, в которой тяжелые зерна имеют меньшую гидравлическую крупность, чем лёгкие, по данной схеме объяснить невозможно. Анализ действующих сил приводит к выводу, что при любом разрыхлении взвеси должны расслаиваться по гидравлической крупности. При расслоении зерна тяжелого минерала переходят из менее разрыхленного слоя в более разрыхленный. Если в последнем гравитационные силы уравновешиваются гидродинамическими, то в более сплоченной исходной смеси гидродинамические силы были больше. Следовательно, равнодействующая гравитационных и гидродинамических сил для тяжелых зерен была направлена вверх. Тогда неясно, под действием каких сил мелкие тяжелые зерна всё же перешли в нижний слой [173, 174, 207, 216].
Для объяснения разделения по плотности предложены различные гипотезы - суспензионная, энергетическая, массово-статистическая,- в которых не анализировались действующие силы и вопросы гидродинамики. Разделение по плотности было объявлено «естественным» [216]. Тем самым был снят вопрос о механизме разделения, а основными стали вопросы кинетики разделения. Массово-статистический метод оказался более плодотворным и позволил решить ряд важных и качественно новых задач. Однако только на статистических закономерностях полноценной теории гравитационного и гравитационно-центробежного обогащения построить не удалось и многие вопросы остались вне теории. Это те вопросы, для теоретического подхода к которым требуется знание механизма разделения: вопросы совершенствования конструкции аппаратов, повышение тонкости разделения, рационального комплексирования аппаратов в технологических схемах, разработка систем управления работой аппаратов, процессами и комплексом промышленных циклов. В течение длительного времени исследователи изучают механизм действия этого оборудования. Однако, не существует единой признанной теории гравитационного обогащения полезных ископаемых. Анализ существующей модели взвешенного слоя выявил наличие в ней ряд ошибочных положений: о равномерном омывании всех частиц; о равновесии отдельных частиц взвеси; об усилении гидродинамического воздействия потока на отдельные частицы, не согласующиеся с известным из гидравлики эффектом «аэродинамической тени». В действительности фильтрационный поток проходит через взвешенный слой не равномерно, а по так называемым «очагам кипения», периодически возникающим в слое в результате слияния отдельных струек, протекающих по элементарным поровым каналам. Процесс образования очага кипения носит лавинный характер. Как только в каком-то канале сопротивление прохождению фильтрационного потока окажется меньше, чем в окружающих, сюда устремляется поток жидкой среды, расширяющий канал и выносящий твёрдые частицы. Образуется восходящая циркуляция - структурный элемент взвешенного слоя. Фильтрационному процессу способствует движение вертикально вниз твердых частиц с разной гидравлической крупностью. Затем боковое смещение материала, втягиваемое вслед восходящей циркуляции, перекрывает путь фильтрационному потоку, а в другом месте развивается новый очаг кипения. Скорость потока в очагах кипения превышает гидравлическую крупность частиц слоя. Вне очагов кипения скорость потока незначительная и здесь происходит массовое осаждение частиц, формирующих при этом нисходящие циркуляции. При увеличении фильтрационного потока возрастают количество восходящих циркуляции и их суммарная площадь сечения [33, 34, 72-75, 86, 212, 216].
Установлено, что твёрдые частицы во взвешенном слое имеют тенденцию агрегировать и перемещаются преимущественно в виде «пакетов», в которых все частицы движутся с одинаковой скоростью. Преимущественное направление движения частиц вертикальное, причём скорость «пакетов», движущихся вверх (восходящих циркуляции), больше, чем движущихся вниз (нисходящих циркуляции). Взвешенный слой можно представить как совокупность восходящих и нисходящих циркуляции, непрерывно образующихся, движущихся и распадающихся в объёме слоя среды подчиненного количества «неорганизованных» частиц и мелкомасштабных структур, заполняющих пространство между крупномасштабными циркуляциями вертикального и горизонтального направления. Расслоение взвешенного слоя осуществляется в процессе его турбулентного перемешивания и перемещения. Движение восходящих циркуляции контролируется гидростатическими и гидродинамическими силами, действующими в противоположных направлениях. Гидростатическая сила возрастает по мере подъёма циркуляции в верхние слои взвеси, где локальная относительная плотность взвеси снижается. Гидродинамическая сила в это время уменьшается, так как часть потока, проходящего по очагу кипения, уходит через его боковые стенки. Вынос циркуляции продолжается до тех пор, пока результирующая действующих сил направлена вверх. Циркуляции с малой относительной плотностью, составленные преимущественно легкими частицами, выносятся в верхние слои взвеси, поскольку для них разность относительных плотностей мала, следовательно, невелика и гидростатическая сила. Для циркуляции, составленных тяжелыми частицами, гидростатическая сила значительна и быстро становится равной гидродинамической.
Изучение влияния динамики водного потока на структуру его внутренних течений
По данным исследования А. И. Лосиевского, внутренние поперечные течения присущи водному потоку как с ламинарным, так и с турбулентным режимами движения /Лосиевский А.И. Лабораторное исследование процессов образования перекатов. - Львов. Научные записки, Серия теплотехническая, 1960, вып. 60, №3/. Наличие внутренних течений подтверждено также работами Е. М. Минского, Б. А. Фидмана, О. С. Копыстянского, М. В. Потапова, Л. Д. Козыренко и др. Эти исследования показывают, что внутренние течения не являются беспорядочными, а отвечают определенным, не вполне ещё понятным законам движения. Деление потока на тела вращения эффективнее при большем отношении ширины потока к его глубине и не зависит или слабо зависит от числа Рейнольдса. Изучена зависимость структуры внутренних течений от числа Фруда, характеризующего динамику водного потока. Объектом исследования были «спокойные», «бурные» и переходные потоки, для изучения которых применена следующая методика. При этом разработана следующая методика выполнения экспериментальных работ. Если в опытах А.И. Лосиевского внутренние течения определялись с помощью краски нигрозина, отвечающей необходимым требованиям для спокойных потоков (Fr 0,24), то в данном случае использовалась масляная чёрная краска. Она наносилась на дно желоба и формирование следов от движения водных струй наблюдалось относительно медленно. Вследствие этого имелась возможность наблюдать и фотографировать следы во времени. Чтобы масляная краска имела необходимую подвижность, в неё добавлялся керосин. Опыты проводились в желобе прямоугольного сечения длиной 240, шириной 8,5 см с успокоительной коробкой на верхнем конце. Угол наклона желоба изменялся от 010 до 540 , глубины - от 0,4 до 2,8 см, средняя скорость - от 13,4 до 250 см/сек, число Рейнольдса - от 1070 до 65000 и число Фруда - от 0,24 до 26. (табл. 2.2). Глубина потока замерялась специально «сконструированным» глубомером (на основе микрометра). Работа его основана на том, что вертикальная подвижная игла с помощью точного и несложного механизма, опускаясь вниз, фиксирует поверхность водного потока.
В момент касания иглой воды зажигается неоновая лампочка, результат замера снимается со шкалы, где цена малого деления 0,1 мм. Средняя скорость определялась с учётом глубины потока и расхода водного потока. Получено, что водный поток при числах Фруда в пределах 0,24-26 оставляет на дне прямолинейного желоба (покрытом слоем краски) параллельные следы (рис.2.2). Эти следы направлены вдоль желоба, в ряде случаев наблюдались между чёткими параллельными следами менее чёткие или под углом к ним - дополнительные следы в виде дужек или отдельных черточек (рис.2.3). Если обратиться к результатам опытов А.И. Лосиевского и М.В. Потапова, то можно отметить, что у них транспортирование и отложение наносов осуществлялось всегда вдоль и между внутренними течениями (поперечными циркуляциями), куда влекомые наносы доставляются косыми донными течениями спокойных потоков. В данном случае роль наносов выполняет краска, хорошо фиксируя картину размыва. Объяснить полученные следы можно только наличием в потоке внутренних течений, которые смывают краску на дне и концентрируют её в месте контакта с соседними телами вращения. Направление вращения водных струй не определялось, однако очевидно, что имеем дело со смешанным типом, когда сходящиеся и расходящиеся течения чередуются между собой. Выдвинута гипотеза вихревых шнуров. При турбулентном режиме движения воды и взвесенесущих потоков в наличие наблюдаются вихри жидкой фазы всех размеров, возникновение и распространение вихрей хаотичное и непредсказуемое. Такие условия вполне приемлемы для дополнительной дезинтеграции глинистых веществ потока, для промывки и отмывки твёрдых частиц от глинистой массы и обеспечения выделения из потоков золота крупных и средних размеров. Для усиления этого эффекта производится подборка размеров трафаретов, конфигурации и размеров ячеек ковриков, резко увеличивающих шероховатость дна шлюзов глубокого и мелкого наполнения, усиления коэффициента трения потока о покрытие и подложки дна шлюзов. Процесс выделения и извлечения мелкого и тонкого золота требует более спокойных потоков даже при больших скоростях движения. При этом необходимо перевести вихревую структуру потоков от условий хаотического возникновения и распределения разноразмерных вихрей в режим управляемого создания вихревых шнуров требуемого размера, двигающихся организованно, компактно, направленно, слоистыми пачками при достаточно большой скорости перемещения. Иначе, структура вихревого потока должна соответствовать схеме псевдоламинарного слоистого движения вихревых шнуров. Внутренние вихревые шнуры и наружные должны быть по возможности одинакового диаметра, структура внутренних элементов потока и наружных (пристеночных и свободной поверхности) не должны сильно отличаться. Вредным для этого эффектом может быть образование «косых» внутренних и наружных волн. Если в опытах А.И. Лосиевского схема внутренних течений не зависела от чисел Рейнольсда и Фруда (число Фруда было в пределах (0,0007-0,24), то в данном случае (рис.2.2 и 2.3) она зависит от последнего критерия. Установлено, что с увеличением числа Фруда от 0,24 до 26 и «бурности» потока, уменьшается поперечное сечение тел вращения, диаметр их уменьшается с 21 до 4 мм. В связи с этим вполне логично внутренние течения, имеющие размеры одного порядка с глубиной потока, назвать крупномасштабными вихрями. Внутренние течения при числе Фруда более единицы будут тогда мелкомасштабными вихрями или вихревыми шнурами. При переходе потока из «спокойного» состояния в «бурное» наблюдаем переход крупномасштабных вихрей в мелкомасштабные, при этом крупные «дробятся» на более мелкие. Зависимость между диаметром вихревых шнуров и числом Фруда может быть выражена в виде нового эмпирического уравнения: с - коэффициент близкий по величине к единице; Fr - число Фруда. Это уравнение позволяет выполнять расчёт и выбор размера диаметра вихревых шнуров, необходимого для извлечения требуемой крупности зёрен золота, находить техническое решение для выполнение вышеуказанного, что является новым в гидромеханике. Размер поперечного сечения вихревых шнуров наиболее сильно изменяется при числе Фруда, равном единице, т.е. при критическом состоянии потока, при его переходе от «спокойного» режима к «бурному». Также следует отметить, что при числах Фруда более 3 диаметр вихревых шнуров становится минимальным и равным 4 мм. При числах Фруда от 0,0007 до 11,0 размеры вихревых шнуров имеют порядок глубины потока (рис.2.3), поэтому можно считать, что они движутся в один слой и количество этих слоев можно регулировать. При числах Фруда в пределах 11-23 диаметры вихревых шнуров становятся меньше глубины водного потока, поток превращается в регулируемую пачку, слоисто движущихся вихревых шнуров, иначе в псевдоламинарный режим движения. В данном случае не определялось наличие вихревых шнуров в толще водного потока, но существование их доказано другими исследованиями. Поэтому, видимо, сталкиваемся с многослойным движением вихревых шнуров в потоке прямолинейного желоба.
Анализ основных зависимостей гидравлического расчёта движения гидросмесей на шлюзах
Уменьшение ширины разгрузочной части шлюза (в пределах незначительного изменения угла сужения) приводит к увеличению высоты и турбулентности потока, особенно в нижней части шлюза. Скорость потока при этом изменяется незначительно. При определённых расходах потока пульпа по шлюзу с плоским дном движется, даже при суживающихся по ходу потока бортах, частично или полностью в ламинарном режиме, гидродинамические свойства которого используют для разделения минералов по плотности. При движении по наклонной плоскости на минеральные зёрна действуют следующие основные силы: - сила тяжести, которую можно разложить на силу, направленную по движению потока, и силу, направленную нормально к наклонной плоскости; - сила трения, направленная в сторону, противоположную относительному перемещению частицы, и пропорциональная нормальному давлению тела на плоскость; - сила динамического воздействия струи воды на частицу, которая находится в зависимости от относительной скорости и диаметра частицы; - подъёмная сила или вертикальная составляющая, которая возникает вследствие разницы в скорости движения слоев потока. Наличие вертикальной составляющей подтверждают многие исследователи. Её величина зависит от скорости потока и шероховатости дна и стенок. М.А.Великанов представляет вертикальную составляющую как некую линейную функцию средней скорости с максимальным значением VB=0.2Vcp. Другие исследователи принимают значение VB=(0.06-=-0.07)Vcp. Расхождения в значениях вертикальной составляющей скорости объясняются трудностью количественного определения её существующими методами исследования. Вертикальная составляющая скорости увеличивается с глубиной потока и его скоростью. На обогатительных аппаратах, где имеет место вихревой - турбулентный режим движения, влияние вертикальной составляющей велико и её необходимо учитывать при выводе формулы движения частицы в потоке жидкости. Для ламинарного режима движения, которое наблюдается на гладких шлюзах небольшого наполнения, вертикальная составляющая мала и ей можно пренебречь.
Поскольку пульпа не является в полном смысле слова жидкостью, то термин «вязкость пульпы» не является точным. В этом случае уместно говорить о «кажущейся» вязкости взвесенесущего потока. При проведении описываемых экспериментов для пульпы с содержанием твёрдого 55 % значение «кажущейся» вязкости составило 0,054 пз, кинематический коэффициент вязкости был равным 0,035 см7с. Характер распределения скорости потока по длине шлюза для пульпы такой же, как и для потока воды, но при этом абсолютная величина скорости значительно снижается и резко уменьшается число Re. При расходе пульпы по шлюзу 100 см3/с устойчиво ламинарный режим сохраняется на длине шлюза равной 70 % при числе Рейнольдса ReKp=300, а если принять ReKp=580, как рекомендуют многие авторы, то ламинарный режим практически будет на всей длине шлюза, что подтверждается визуальным наблюдением за движением вводимой в поток струйки краски. При оптимальном для данного материала расходе пульпы 200 см3/с ламинарный режим прослеживается на 70 % общей длины шлюза. При введении продольных успокоительных пластин ламинарный режим движения потока пульпы обеспечивается по всей длине шлюза. Под действием указанных сил, и главное, под действием динамического давления струи, которое в конечном итоге обусловлено скоростью движения потока, частицы твёрдого перемещаются в потоке жидкости. Скорость движения частицы при ламинарном режиме течения, по Фин-кею, выражается формулой: V=(Vcpd/H)(2H — d/H) — V0(f-Sina) 5, где Vcp — средняя скорость потока, см/с; d - диаметр частицы, см; Н - высота потока, см; V0 — скорость свободного падения частицы, см/с; f - динамический коэффициент трения частицы о дно; a - угол наклона поверхности дна к горизонту, град. Правая часть равенства представляет разность, в которой первый член характеризует величину средней скорости слоя потока высотой, равной диаметру зерна, второй член представляет величину потери скорости частицы вследствие трения её о дно. Для зёрен, подчиняющихся закону Стокса, второй член этого выражения имеет значение V0(f-Sina). Формула, выведенная для ламинарного режима из общей формулы движения, предложенной П.В.Лященко, близка формуле Финкея [5-8]: V=Vcp - [V0 (Cosaf - Sina)]. Более сложную формулу для определения скорости движения частиц предложил А.М.Годэн [9]: V=[(r2gSina)/p,] [2(pT-P5K)(l-ctga)/9k -(3pJ4)]+(rgP5KHSina)/a, где г - радиус частицы, см; g - ускорение силы тяжести, см/с2; рт- плотность частицы, г/см ; рж - плотность жидкости, г/см ; \х - динамический коэффициент вязкости; к - коэффициент, учитывающий форму частицы. Анализ вышеприведённых формул показывает, что при увеличении угла наклона плоскости дна шлюза, диаметра частицы, скорости потока воды скорость движения частицы возрастает. Увеличение плотности частицы, коэффициента трения, вязкости среды приводит к снижению скорости её (частицы) движения. Частицы одинаковой плотности имеют тем большую скорость движения, чем больше размер частицы. Частицы равной крупности, но разной плотности, при близких коэффициентах трения имеют различные конечные скорости движения (чем выше плотность, тем меньше скорость). Выполненные эксперименты доказывают возможность обеспечения псевдоламинарного режима движения потока воды по суживающемуся шлюзу. Для усиления ламинаризации потока, при котором наиболее чётко происходит расслоение и разделение частиц твёрдой фазы в вертикальном направлении, достаточно установить успокоительные продольные пластины. При этом отношение длины шлюза к его ширине в начальной приёмной части близко к 8, а сужение бортов шлюза в плане предпочтительно обеспечивать менее 6. В этом случае слоистость движения потока будет обеспечена, чему способствует присутствие в водном потоке зёрен твёрдой фазы.
Развитие современных гидравлических способов переработки и обогащения золотосодержащих песков
При гидравлических способах промывки одновременно решаются две задачи: улавливание самородков и крупных зёрен ценных компонентов, имеющих разнообразную форму, и возможно полное улавливание и извлечение зёрен ценных минералов остальных классов крупности. Гидравлические способы применяют для разработки террасовых, увальных, верховых, ключевых и долинных россыпей. Основными видами работ при гидравлической разработке россыпей являются: - работы по осушению месторождения, включающие проведение русло-отводных, нагорных и водосточных канав; - вскрытие месторождения - работы, включающие проведение канав, строительство плотин и запрудов, котлованов и выработок с целью размещения оборудования для размыва и гидротранспорта пород; - подготовительные работы - очистка поверхности россыпи, вскрыша торфов, а при необходимости оттайка вечномерзлых участков и предохранение россыпи от промерзания; - добычные работы, включающие проведение нарезных канав, размыв пород, доставку песков к приемному устройству землесоса или гидромонитора, перенос гидромониторов, гидровашгердов и трубопроводов, транспортирование разжиженных и дезинтегрированных песков к промывочному прибору, промывку и обогащение песков, размещение хвостов в отвалах и вспомогательные работы (уборка камня, зачистка плотика и др.); - доводочные операции - очистка продуктов съёма и сполоска до кондиционного чернового золота в золото-приёмных кассах (ЗПК) и доводка концентратов до требуемых кондиций и условий плавки на шлихо-обогатитсльных установках (ШОУ) /31, 205, 206/. Промывка песков россыпных месторождений осуществляется на шлюзовых промывочных приборах и представляет собой гидравлический способ раскрытия полезного минерала или зерен благородных металлов и разделения смеси по плотности в наклонно текущем потоке воды. Зёрна наиболее тяжелых минералов концентрируются на дне шлюза в гнездах трафаретов и ячейках рифленых резиновых ковриков, а легкая - пустая порода - сносится потоком воды в отвал. При обогащении песков россыпных месторождений применяются: дезинтеграция песков, грохочение или классификация по крупности и концентрация тяжелых ценных компонентов. Дезинтеграция песков преследует цель освобождения зерен полезных минералов от глин и отделение песков от валунно-галечного материала. Дезинтеграция осуществляется с использованием гидромониторов, барабанных грохотов, скрубберов либо осуществляется непосредственно на шлюзах. Размыв песчаного материала производится воздействием струи воды и гидромеханическим перемешиванием.
Дезинтегрированные пески подвергаются грохочению с целью отделения песков от валунно-галечного материала на гидровашгерде или на барабанных грохотах. Концентрация песков осуществляется на шлюзах различной конструкции. Концентрат со шлюзов снимается периодически во время остановки шлюзов. При гидравлическом способе разработки металлоносных россыпей применяется большое количество промывочных приборов, разных по способу подачи песков на промывку, способу подготовки и технологии обогащения песков, производительности и другим параметрам. Наибольшее распространение нашли приборы с гидроэлеваторной и землесосной подачей песков и простейшей технологией их обогащения на шлюзах глубокого наполнения (ПГШ, ПЗШ, ГМУ, ГЭП). Меньшее распространение нашли гидравлические и конвейерные приборы с более развитой технологической схемой промывки песков (ПКБ, А.АС, ПКС, ПКБШ), хотя они обеспечивают более полное улавливание золота [19, 39, 70, 84, 102, 119, 150-153, 160]. Это связано с тем, что выбор промприбора на предприятиях производится порой без строгого учёта вещественного состава песков, в том числе крупности золота, что приводит к высоким потерям металла. Технологические схемы бульдозерной разработки россыпей с промывкой песков на конвейерно-скрубберных и гидроэлеваторных приборах подробно описаны в [48]. По сравнению с конвейерно-скрубберным способом промывки гидроэлеваторный способ обеспечивает поточность технологического процесса и сокращение капитальных затрат. Поэтому в настоящее время более широко используются промприборы типов: ПГШ (ПГШ-30, ПГШ-50, ПГШ-75), ГЭП, ПГБ-75 с гидроэлеваторной подачей песков на обогатительное устройство; ГМУ, А, АС ПЗШ-100 с земленосной подачей песков; ПБШ-40, МПД-6, ПКС-700 и ПКС-1200 с конвейерной подачей песков или с подачей их бульдозером, автотранспортном непосредственно в дезинтегрирующее устройство. При старательских работах используют понурные гидравлики ГМУ-Ш. Последние представляют собой промывочные устройства, состоящие из понура и шлюза глубокого наполнения. Приборы гидроэлеваторные шлюзовые ПГШ производительностью от 400 до 1200 м /сут предназначены для промывки песков при бульдозерной разработке россыпей [70].
В состав полного комплекта прибора этого типа входят: гидровашгердное загрузочное устройство, гидроэлеваторная установка, шлюз глубокого наполнения, насосный передвижной агрегат, водовод, задвижки, гидромонитор и агрегат насосный с электрическим или дизельным приводом. Промывочные приборы гидравлические бочечного типа ПГБ предназначены для обогащения песков при бульдозерной разработке осушенных или обводненных полигонов, а также для отвалов песков подземной добычи [120]. В состав приборов входят: гидровашгерд, гидроэлеваторная установка, агрегат боченочный гидравлический с механическим подъёмом трафаретов, отвалообразователь, установка гидромониторная передвижная, шлюз доводочный, агрегат насосный, водопровод. [49,70,102,150-153]. Для извлечения золота из россыпей при открытом способе их разработки и раздельной добыче песков применяют следующие технологические схемы обогащения песков: - одностадиальное обогащение грубозернистой фракции песков на шлюзах глубокого наполнения (ГЭП,ПГШ,ПЗШ,ГМУ) или среднезернистой фракции крупностью менее 16 мм на шлюзах мелкого наполнения (СОФ, КОРП, ГЖС, МПД-6И); - последовательное обогащение песков на шлюзах глубокого наполнения и мелкого наполнения с промежуточной классификацией (ПГБ, А, АС,ПЗБ); - предварительная классификация песков и раздельное обогащение различных по крупности фракций песков на шлюзах глубокого и мелкого наполнения (ГЖС, ПКБШ). Считается, что наиболее совершенной, обеспечивающей более полное извлечение золота, является технология двухстадиального или раздельного обогащения песков. Технология одностадиального обогащения песков применяется на гидроэлеваторных и землесосных приборах и предусматривает предварительную дезинтеграцию песков непосредственно на шлюзах или на гидровашгерде и одностадиальное обогащение (улавливание золота) на шлюзах глубокого наполнения соответственно без классификации (ГМУ) или с предварительной классификацией песков по классу 80-100 мм (ГЭП, ПГШ, ПЗШ). Уровень потерь золота зависит от его крупности и промывистости песков, а также от длины шлюзов. Считается, что при длине шлюзов глубокого наполнения до 20 м и оптимальном режиме работы приборов ПГШ, ГЭП, ГМУ практически можно полностью извлечь из песков золото крупностью более 0,5 мм. При этом извлечение золота крупностью мельче 0,5 мм весьма низкое (табл.4.3). Приборы с одностадиальным обогащением эффективны при разработке россыпей с легкопромывистыми песками и относительно крупным золотом.
Похожие диссертации на Совершенствование шлюзовой технологии промывки и обогащения золотосодержащих песков
