Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ технологий обогащения убогих по содержанию золотосодержащих руд 10
1.1 Комбинированные технологии обогащения и переработки убогих по содержанию руд 10
1.2 Предконцентрация металлов 14
1.3 Гравитационные аппараты для извлечения мелкозернистых тяжелых фракций из золотосодержащих руд 19
1.4 Интенсификация флотационного обогащения золотосодержащих руд 37
1.5 Современные способы интенсификации технологических процессов 44
Выводы по главе 1 54
2 Опыт и перспективы развития технологий на основе ультразвука 55
2.1 Физическая характеристика ультразвуковых колебаний и процессов, реализуемых в ультразвуковом поле 55
2.2 Ультразвуковая обработка в процессах обогащения и переработки минерального сырья 59
Выводы по главе 2 72
3 Изучение вещественного состава, технологических свойств и обогатимости исследуемой руды 73
3.1. Определение минерального, химического и рационального состава руды месторождения «Золотое» 73
3.2 Исследование возможности предконцентрации руды гравитационным методом обогащения 78
3.3 Обоснование использования флотационного доизвлечения металла 82
3.4 Результаты исследований по принципу непрерывного процесса 91
Выводы по главе 3 94
4 Обоснование эффективности использования ультразвуковых колебаний для интенсификации процессов извлечения золота цианированием 95
4.1 Ультразвуковое оборудование и методика ультразвуковой обработки исследуемого материала 95
4.2 Ультразвуковая обработка для интенсификации процесса извлечения золота цианированием 97
Выводы по главе 4 107
5 Изучение влияния ультразвука на жидкую и твердую фазу минеральных пульп 108
5.1 Результаты исследований жидкой фазы пульп 108
5.2 Исследование поверхности золотосодержащих сульфидов 122
Выводы по главе 5 133
6 Разработка комбинированной технологии извлечения золота из убогих по содержанию руд 134
Заключение 153
Приложение 1 155
Приложение 2 157
Литература 158
- Предконцентрация металлов
- Физическая характеристика ультразвуковых колебаний и процессов, реализуемых в ультразвуковом поле
- Исследование возможности предконцентрации руды гравитационным методом обогащения
- Ультразвуковая обработка для интенсификации процесса извлечения золота цианированием
Введение к работе
Актуальность работы. Малосульфидные золото-кварцевые руды традиционно составляют основные запасы минерально-сырьевой базы обогатительных предприятий Севера Красноярского края. Постепенное исчерпание запасов приводит к необходимости вовлечения в сферу промышленного использования труднообогатимых бедных по содержанию золотосодержащих руд. При этом, основной проблемой является удаленность перспективных месторождений коренных руд с потенциальными запасами от золотоизвлекательных фабрик, что повышает затраты на транспортировку и часто определяет рентабельность отработки.
Мировой опыт переработки руд данного типа базируется на использовании комбинированных гравитационно-флотационных технологий с цианированием черновых золотосодержащих концентратов. Удалённость месторождений, снижение качества добываемых руд, приводит к необходимости использования предварительной концентрации ценных компонентов.
Отличительными особенностями руд являются тонкая вкрапленность и присутствие неблагоприятных элементов-примесей вследствие разнообразия вещественного состава. Существенное влияние на процесс извлечения золота оказывает также присутствие на его поверхности пленок и покрытий адгезионной природы. В связи с вышеуказанным, решение задачи повышения извлечения не позволяет использовать готовые технические решения и требует применения новых процессов и высокоэффективных технологий на основе применения физических воздействий для обработки минерального сырья.
Успехи в развитии комбинированных технологий извлечения золота достигнуты ЗАО «Механобр инжиниринг», ФГУП ЦНИГРИ, УРАН ИПКОН РАН и др. Исследованы и разработаны схемы переработки минерального сырья, в которых для разупрочнения пород, повышения контрастности свойств разделяемых минералов, повышения степени раскрытия золота и других ценных компонентов используются физико-химические воздействия.
Одним из эффективных инструментов активации минерального сырья является ультразвуковая обработка. Изучением влияния ультразвука на процессы обогащения и переработки минерального сырья занимались Глембоцкий В.А., Акопова К.С., Агранат Б.А., Литвина Л.А., Ржевкин С.Н., Островский Е.П., Озолин Л.Т., Колчеманова А.Е., Хавский Н.Н., Ивановский М.Д., Фридман В.М., Архангельский М.Е., Каневский И.Н., Кириллов О.Д. и др.
В то же время менее изучено влияние ультразвука на технологические показатели обогащения и переработки руд благородных металлов. Недостаточно исследован механизм влияния ультразвуковых воздействий на поверхность золотосодержащих сульфидов, что сдерживает их применение на практике.
Таким образом, научное обоснование и разработка комбинированных технологий извлечения золота, из труднообогатимых руд тех месторождений, которые расположены на значительном расстоянии от золотоизвлекательных фабрик (ЗИФ), является актуальной задачей.
Работа выполнена в рамках программ «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», а также молодежного научного проекта (гранта) № 13120 «Разработка эффективной технологии извлечения золота из руды на основе применения ультразвуковых воздействий» по Программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса 2009».
Цель работы: научное обоснование и разработка высокоэффективной технологии извлечения золота из бедных руд в условиях удаленности расположения месторождения.
Основные задачи исследований.
1. Научно-технический анализ способов переработки труднообогатимых бедных золотосодержащих руд, технологических схем и производственного опыта предприятий, использующих сырье аналогичного типа.
2. Экспериментальное исследование и обоснование способа предварительной концентрации металла на месторождении с применением гравитационно-центробежной сепарации (отсадки).
3. Экспериментальное исследование и изыскание сочетания реагентов модификаторов и собирателей, обладающего синергетическим эффектом, для интенсификации процесса флотации хвостов доводки тяжелой фракции предварительного обогащения.
4. Обоснование эффективности ультразвуковой обработки и экспериментальное определение оптимальной её продолжительности для повышения показателей цианирования черновых золотосодержащих концентратов.
5. Изучение влияния ультразвуковых воздействий на физико-химические свойства и состояние поверхности сульфидов-носителей золота.
6. Разработка высокоэффективной технологии обогащения на основе принятых технологических решений и оценка технико-экономической эффективности ее использования.
Методы исследований.
В работе использованы стандартные методы изучения вещественного состава руды. Состояние поверхности золотосодержащих сульфидов изучено методом рентгенофотоэлектронной микроскопии с использованием аппарата SPECS, оснащенного энергоанализатором PHOIBOS 150 MCD-9, а также с использованием растрового электронного микроскопа Hitachi TM-1000. Жидкая фазы пульпы исследована спектрофотометрическим методом с использованием аппарата Shimadzu PharmaSpec UV-1700, а также методом капиллярного электрофореза с применением системы с диодноматричным спектрофотометрическим детектором Agilent 3DCE G1600A. Проведены технологические исследования гравитационным и флотационным методом. Использовался классический метод планирования экспериментов, методы математической статистики для обработки результатов исследований.
Научная новизна работы.
1. Показано, что повышение извлечения золота при цианировании предварительно обработанных ультразвуковыми воздействиями черновых концентратов достигается за счет изменения химического и фазового состава в приповерхностном слое сульфидных минералов, очистки их поверхности, а также нарушения структуры под воздействием ультразвуковой обработки с образованием пор и микродефектов, улучшающих доступ цианистого раствора к золоту.
2. Установлена и количественно определена зависимость технологических показателей процесса выщелачивания золота от продолжительности ультразвуковой обработки концентратов и количества сульфгидрильного собирателя в пульпе.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
1. Проведены испытания по изучению влияния ультразвуковой обработки продуктов обогащения на показатели цианирования в условиях ЗИФ «Советская». Составлен акт о проведении работ, даны рекомендации по внедрению ультразвука в технологическую схему фабрики.
2. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана высокоэффективная технология извлечения золота из бедных руд, позволяющая вовлечь в промышленное использование месторождения с потенциальными запасами металла, но расположенные на значительном расстоянии от золотоизвлекательных фабрик.
3. Результаты данной диссертационной работы внедрены в учебный процесс ИЦМиМ СФУ в качестве дополнения к курсу лекций по дисциплинам «Исследование руд на обогатимость» и «Технология обогащения руд цветных металлов».
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Повышение извлечения золота на 4% в гидрометаллургическом цикле обеспечивается применением ультразвуковой обработки черновых концентратов перед цианированием в течение 10 мин. при частоте колебаний 35 кГц, мощности ультразвука 300 Вт и минимальном содержании в пульпе сульфгидрильных собирателей.
2. Вовлечение в переработку бедных золотосодержащих руд в условиях удаленного расположения месторождений с получением конкурентноспособных технологических показателей обеспечивается за счет предконцентрации металла на месторождении методом гравитационно-центробежной сепарации (отсадки), совершенствования реагентного режима при флотационном доизвлечении металла из хвостов доводки тяжёлой фракции, предварительного обогащения и ультразвуковой обработки черновых концентратов перед цианированием на золотоизвлекательной фабрике.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается сходимостью результатов лабораторных исследований и испытаний на текущих пульпах ЗИФ «Советская», а также применением комплекса современных физико-химических методов исследований, стандартных методик и сертифицированного оборудования.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались на Конгрессах обогатителей стран СНГ (Москва, 2009г., 2011г.), VI Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Красноярск, 2010 г.), Втором Международном Конгрессе и Выставке «Цветные металлы Сибири-2010» (Красноярск, 2010 г.), Международном совещании «Плаксинские чтения - 2010» (Казань, 2010 г.).
Личный вклад автора заключается в постановке цели работы и задач исследования, обзоре литературных данных по вопросам переработки золотосодержащих руд и применения существующих на сегодняшний день энергетических воздействий в процессах обогащения; в планировании и проведении экспериментов, обработке полученных результатов, формулировании выводов и рекомендаций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 3 публикации в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, 2 приложений, списка литературы. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу и 41 рисунок. Библиография включает 172 наименования.
Предконцентрация металлов
При переработке убогих по содержанию золотосодержащих руд наблюдаются следующие тенденции изменения технологических схем действующих ЗИФ:
-использование в голове схемы, в цикле измельчения, гравитационного обогащения с использованием преимущественно центробежных аппаратов [8], -установка оборудования большой единичной мощности, позволяющего увеличить производительность фабрики по сырой руде. Так, например, размер мельниц полусамоизмельчения на фабрике Alumbrera в Аргентине достигает 11 5,4 м, а на фабрике Fort Knox для цианидно-сорбционного выщелачивания используют реакторы объемом до 3500 м .
Однако, поиск экологически безопасных и эффективных технологий переработки минерального сырья привел к тому, что в условиях, когда запасы золота представлены небольшими рудными залежами, расположенными вдали от обогатительной фабрики, рентабельность их отработки будет напрямую зависеть от содержания в них золота, расходов на транспортировку руды и т.д.
При удаленности месторождений со значительными потенциальными запасами золота рационально использовать предконцентрацию металла из руд непосредственно при месторождении, позволяющую снизить расходы на транспортировку руды за счет выделения обогащенного продукта. В дальнейшем этот продукт возможно транспортировать на фабрику, где его переработка сопровождается повышением технологических показателей обогащения.
К преимуществам предконцентрации металлов из руды можно отнести многократное использование технологического оборудования для разных объектов при использовании, например, модульных установок передвижного типа.
Блочная структура построения модульных установок и высокая степень интеграции технологического оборудования являются несомненными положительными их качествами. В современных условиях производительность таких установок колеблется от первых тонн до нескольких десятков тонн в час.
Сущность предварительной концентрации заключается в том, что его осуществляют в карьере или в непосредственной близости от него, а отходы размещают в выработанном пространстве или складируют совместно со вскрышными породами.
Несомненными достоинствами этого направления являются вывод «в голове» технологической схемы значительной части породы (отвальных хвостов), составляющих от 20 до 80% от общей массы, и уменьшение объемов сырья, поступающего на измельчение и основные процессы обогащения; упрощение и удешевление процессов добычи (переход на валовую отработку руд высокопроизводительными системами) и обогащение облагороженного сырья; повышение качества конечных продуктов обогащения, сокращение затрат на их транспортировку и последующую химико-металлургическую переработку; повышение уровня извлечения ценных компонентов и комплексности использования сырья; вовлечение в переработку запасов бедных и забалансовых руд, накопленных отвалов некондиционного сырья без снижения результирующих экономических показателей; использование крупнокусковых отходов сепарации для строительных целей и других нужд; сокращение тонкоизмельченных отходов и затрат на их обезвреживание и складирование; возможность выделения уже на предварительной стадии обогащения части материала в качестве готовой продукции; возможность разделения руды на сорта и усреднения.
В качестве подготовительных процессов для обогащения руды иногда используют ренгено-люминесцентную сепарацию для увеличения содержания золота в руде и разделения ее на сорта, которые обогащаются по разным технологическим схемам [9].
Как показали многочисленные исследования институтов и организаций, таких как «Иргиредмет», «ВИМС», «Механобр», «ЦНИИолово», «ВНИИ-1», НПО «Сибцветметавтоматика», «РАДОС» и «ТЕХНОРОС» из всех радиометрических методов наиболее высокоэффективным способом оказалась рентгенорадиометрическая сепарация (РРС) [10 , 11, 12].
Рентгенорадиометрическое обогащение позволяет разделять руду на сорта и в сухом виде отправлять их на последующее обогащение на фабрику, причем применимо оно для разнообразных полезных ископаемых: руд редких и цветных металлов, редкоземельных элементов, олова, вольфрама, урана, марганца, хрома, нефелинов и силлиманитов, бокситов, кварцитов, полиметаллических и многих других типов руд, в том числе и для извлечения золота и серебра.
На золотосодержащих рудах Наталкинского, Кокпатасского (Узбекистан), Даугызтаусского (Узбекистан), Коммунаровского (Хакасия) и др. месторождений ООО «РАДОС» были проведены испытания по предварительной концентрации золота. На рудах месторождений Красноярского края, таких как Лысогорское (Артемовский рудник), Первенец, Доброе и Титимухта (С.-Енисейский район) также были проведены испытания рентгенорадиометрической сепарацией при крупности материала -150+40 мм, -100+40 мм и -100+20 мм. Однако ни в одном из случаев не удалось выделить продукт с отвальным содержанием золота, поскольку достигнутое содержание в хвостах составило не ниже 0,7 - 0,8 г/т.
При обогащении рентгенорадиометрической сепарацией корреляция золота с его генетическими спутниками нелинейна, а носит пороговый характер. Таким образом, несовершенство аппаратурного оформления (в частности исполнительных механизмов для отсекания кусков из рудной массы), а также сомнительная методика корреляции золота только по какому-либо одному элементу (находящемуся, в парагенетической связи с золотом) при сепарации золотых руд, необходимость покусковой раскладки материала и другие факторы препятствуют распространению этого метода для предконцентрации руд.
На Эльдорадинском месторождении был разработан проект по применению покусковой сепарации, хвосты которой предполагалось направлять на кучное выщелачивание. Таким образом планировалось увеличение содержания золота в продукте, поступающем на фабрику и снижение затрат на транспортировку руды. Промышленная эксплуатация установки не оправдала надежд, комплекс демонтировали.
Обогащение в тяжелых суспензиях также может быть использовано для предварительного обогащения. Метод привлекателен своей точностью разделения, однако необходимость затрат на организацию цехов регенерации утяжелителей, используемых в процессе, а также невозможность создать утяжелителями плотность среды более 3,2 г/см , сдерживает распространение его на обогатительных фабриках [13].
Содержание частиц ценных компонентов крупностью менее 0,1 мм составляет 30-80% от их содержания в месторождениях, поэтому для вовлечения в переработку небольших месторождений целесообразно применение модульных обогатительных установок на базе высокоэффективных гравитационных аппаратов.
Наиболее привлекательным методом предварительного обогащения является отсадка, которая лишена недостатков первых двух методов и также обладает высокой точностью разделения. При использовании гравитационных аппаратов не выделяют промпродуктовые фракции, кроме того преимущество метода - это относительно высокий верхний предел крупности обогащаемого материала.
За рубежом для предварительного обогащения рекомендуют использовать центробежные концентаторы [14].
Для предварительной концентрации материала может быть использована центробежно- отсадочная машина Kelsey, обогащение в которой происходит в результате наложения гравитационного и центробежного полей. Производителями указывается, что назначение аппарата - улавливание тонкодисперсных частиц тяжелых минералов/металлов. Однако в литературе встречается небольшое количество информации об испытаниях на золотосодержащем сырье.
В качестве примера приводятся результаты испытаний на фабрике «Гранни Смит» в Австралии, целью которых являлось определение возможности использования ЦОМ Kelsey для обогащения частично окисленной сульфидной золотосодержащей руды, которая перерабатывается по методу CIP («уголь - в пульпе»). В этих рудах золото ассоциировано с пиритом, который при степени измельчения руды до крупности 0,15 мм по схеме фабрики не вскрывается, вследствие чего золото терялось с хвостами цианирования. По результатам испытаний Kelsey на хвостах цианирования, составлен проект реконструкции гравитационного цикла, в соответствии с которым хвосты цианирования обесшламливаются в ГЦ, пески ГЦ направляются на 3 машины Kelsey J1800 с суммарной производительностью до 300 т/ч. В результате заменены используемых ранее конусов Рейхерта на Kelsey, извлечение золота из хвостов от операции повысилось с 30 до 60%, сквозное извлечение золота по ЗИФ повысилось на 4% [15].
Физическая характеристика ультразвуковых колебаний и процессов, реализуемых в ультразвуковом поле
Интенсивность проявления различий в свойствах минералов, обуславливающая эффективность протекания технологических процессов, может быть значительно усилена при использовании акустических колебаний.
Под ультразвуковыми колебаниями подразумеваются механические колебания материальной среды в диапазоне частот от 15-20 кГц до 109 ГГц, то есть они простираются до частот, близких частотам световых электромагнитных колебаний. В связи с вышеуказанным, таким колебаниям присущи свойства звука и светового луча - распространяться в любой материальной среде (жидкой, твердой, газообразной, абсолютно черной или прозрачной, вязкой, твердой и т.п.) [116].
На сегодняшний день основные процессы, реализуемые и интенсифицируемые при помощи ультразвуковых колебаний, принято разделять на три основные подгруппы (рисунок 5) согласно классификации, предложенной в [113].
При возбуждении ультразвуковых (УЗ) колебаний высокой интенсивности, наряду с воздействием ультразвука непосредственно на кристаллическую решетку металла в процессе озвучивания, в жидкости возникает ряд нелинейных эффектов, вызывающих вторичные явления. Эти явления и являются движущим фактором химико-технологических процессов в ультразвуковом поле. К числу их относятся: акустические течения, пондеромоторные силы в ультразвуковом поле, кавитация, ударные волны, микроструйки жидкости, поверхностные эффекты, акустическая турбулентность, односторонняя диффузия, акустический флотационный эффект, микротечения, химические процессы в кавитационных пузырьках [113].
Кавитацией называется явление парообразования и выделения воздуха, обусловленное понижением давления в жидкости. Причиной ее возникновения служит кипение жидкости при нормальной температуре и низком давлении.
Появлению кавитации способствует растворенный в воде воздух, который выделяется при уменьшении давления. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация). Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырек захлопывается, излучая при этом ударную волну. Кавитационные пузырьки, попадая в область повышенного давления, схлопываются (замыкаются, конденсируются) кумулятивными струйками в точки. В этих точках, а их огромное количество, кумулятивные эффекты приводят к точечному повышению давлений до десятков тысяч атмосфер, с образованием точечных температур в десятки тысяч градусов по Кельвину. Кроме того, резкое (внезапное) исчезновение кавитационных пузырьков приводит к образованию гидравлических ударов, и как следствие к созданию волны сжатия и растяжения в жидкости с ультразвуковой частотой. Если ударная волна встречает на своем пути препятствие, то она разрушает его поверхность. Кавитационных пузырьков довольно много и захлопывание их происходит много тысяч раз в секунду, поэтому кавитация может привести к значительным разрушениям.
Энергия схлопывающихся пузырьков расходуется на излучение ударных волн, на локальный нагрев газа, содержащегося в сжимающихся кавитационных полостях, на возбуждение сонолюминисценции, на образование свободных радикалов, а также на создание шума.
Зарождению кавитации в жидкости способствует наличие в них так называемых кавитационных зародышей: плохо смачиваемых участков твёрдого тела, твёрдых частиц с трещинами, заполненными газом, микроскопических газовых пузырьков, предохраняемых от растворения мономолекулярными органическими оболочками, ионных образований, возникающих под действием космических лучей. Мелкие пузырьки могут образовываться в мельчайших трещинах на поверхностях ограничивающих жидкость, это подтверждается тем фактом, что кавитация начинается обычно вблизи таких границ. Если твердые частицы взвешены в жидкости, они выполняют роль стенок, где образуются ядра кавитации [117].
Кавитация сопровождается и другими физическими явлениями. Так, в момент схлопывания наблюдается слабое свечение пузырька, обусловленное адиабатическим нагреванием газа в нем до температуры порядка 104С и последующем схлопывании при высоком давлении. Вспышка может длиться от /2о до /юоо с. Интенсивность света зависит от количества газа в пузырьке, обычно световое излучение слабо и становится видимым в полной темноте.
Таким образом, основные воздействия, инициирующие и ускоряющие химические реакции при акустической кавитации, обусловлены ударами при захлопывании пузырьков и микропотоками вблизи них, а также связаны с ионизацией газа в пузырьках.
Область применения кавитации не ограничивается медициной, строительной, горнодобывающей, нефтеперерабатывающей индустрией. Следует отметить, что интересным направлением на сегодняшний день является изучение возможности получения алмазной фазы в кавитирующих органических средах под воздействием высокоинтенсивных акустических колебаний ультразвукового диапазона [118, 119].
За последнее десятилетие появилось много интересной информации об исследованиях, проведенных за рубежом с целью определения возможности использования кавитации для инициирования физико-химических процессов. Направления этих исследований включали в себя: ускорение гидролиза жирных масел и целлюлозы, разрушение клеток, очистка сточных вод, синтез нанокристаллических материалов и т.д.
Возвращаясь к задачам обогащения минерального сырья, можно отметить, что в качестве эффективного инструмента для активации в подготовительных процессах может выступать ультразвук, механическое воздействие которого определяется кавитационной эрозией твердых тел, процессом эмульгирования веществ.
Исследование возможности предконцентрации руды гравитационным методом обогащения
Исследование возможности предконцентрации руды осуществлялось с использованием центробежных аппаратов Итомак КН-0,1 и Falcon L40, а так же центробежной отсадочной машины Kelsey J 200CJ.
Известно, что центробежная отсадочная машина Kelsey, в сравнении с традиционными гравитационными аппаратами, позволяет существенно увеличить глубину эффективного обогащения минерального сырья крупностью менее 50 мкм [42].
Эксперименты с использованием центробежной отсадочной машины Kelsey J200 CJ выполнены при следующих условиях: поток по твёрдому 100 кг/час, давление воды на входе 250кПа, скорость вращения -800 об/мин, частота пульсаций/мин -1000, использовалась постель из магнетита плотностью 5 г/см .
Ранее анализ крупности вкрапленности золота исследуемой руды показал, что средние размеры золотин колеблются от 0,075 мм до 0,02 мм. Морфология золота чрезвычайно разнообразна. В целом среди зерен золота преобладают овальные и слабо вытянутые формы, реже встречаются пластинчатые и заметно удлиненные зерна. Наиболее продуктивными являются классы крупности -0,040 мм.
Учитывая вышесказанное, были испытаны центробежные аппараты: концентратор Итомак и сепаратор Falcon.
Концентратор Итомак - отечественный аналог зарубежного сепаратора Нельсона. Это компактный, относительно высокопроизводительный аппарат, работающий на большой скорости и развивающий центробежное ускорение до 60 G [161].
Концентратор Falcon имеет свои принципиальные особенности: конический ротор без кольцевых перегородок, высокое (3000 м/с ) центробежное ускорение.
Исследования выполнены по двух и трехстадиальным схемам при крупности обогащаемого материала -0,5+0; -0,2+0; -0,071+0 мм.
Режимы работы концентраторов выбраны на основе опыта применения данных аппаратов для аналогичного сырья [29, 162].
В результате проведения исследований по двухстадиальной схеме определено, что суммарное извлечение металла в концентраты при реализации экспериментов варьировало от 45,64 до 66,84%, степень концентрации при этом изменялась от 4,2 до 15, однако содержание в хвостах составило не ниже 0,45-0,68 г/т.
Условия сепарации материала по трехстадиальной схеме представлены в таблицах 3 и 4. Результаты обогащения приведены в таблице 5, схема реализации экспериментов на рисунке 6.
Как видно, суммарное извлечение металла в концентрат для концентратора Итомак составило 66 % при содержании золота в тяжелом продукте 5,62 г/т. Потери металла с легкой фракцией составили 34 %.
Концентратор Falcon извлекает в тяжелую фракцию металл более эффективно. Как видно из таблицы 5, потери золота с хвостами ниже и составили 24,16 %, при этом получена более высокая степень концентрации (11).
Отсадочная машина Kelsey J200 CJ обеспечивает самое высокое извлечение металла в концентрат 92,9%, при этом получен продукт с отвальным содержанием в нем золота 0,14 г/т.
С целью повышения содержания золота, черновые концентраты перечищали на концентрационных столах Gemeni GT 60 и СКО-0,5. Перечистки выполняли как после доизмельчения (до 100%) кл. -0,1 мм) так на исходных по крупности гравитационных концентратах.
Условия реализации экспериментов на концентрационном столе СКО-0,5 были следующими: поперечный угол наклона деки стола 6-8 град., продольный - 3 град., величина хода деки - 20 мм, производительность по твердому 40-60% от номинальной, расход смывной воды в зависимости от крупности - 1,26-6,6 л/мин, расход воды с питанием составил 3 л/мин.
Доводка на концентрационном столе Gemeni GT 60 осуществлялась при следующих условиях: производительность 30-35% от номинальной, величина хода деки - 8 мм, продольный угол наклона- 6-7 град., содержание твердого в питании- 50-60%, расход промывной воды - 8,5 л/мин.
Определено, что применение стола Gemeni GT 60 позволяет за одну операцию выделить продукт с содержанием металла 239 г/т (степень концентрации -10) при извлечении -33%. Стол СКО-0,5 обеспечивает более высокое извлечение ( 65,7%), но степень концентрации низкая ( 5). Установлена возможность выделения из гравитационного концентрата «золотой головки».
Таким образом, на основании полученных результатов следует признать, что наилучшие результаты были получены с использованием центробежной отсадочной машины Kelsey J200 CJ: несмотря на повышенный выход тяжелого продукта (1/3 от всей руды), извлечение в него золота составило более 92 %, при этом получен продукт с отвальным содержанием металла 0,14 г/т.
Ультразвуковая обработка для интенсификации процесса извлечения золота цианированием
Из-за сравнительно высоких затрат на образование ультразвука, применение его может быть оправдано лишь при обработке богатых продуктов, например, золотосодержащих концентратов перед отправкой их на последующую переработку гидрометаллургией. Характер связи золота с минералом-носителем не всегда ясен. Существует предположение [88], что в сульфидных концентратах золото в элементной форме находится между кристаллами сульфидов (дисперсионно-рассеянное, эмульсионно-вкрапленное), может изоморфно входить в решетку кристалла сульфида или находиться в виде химических соединений, которые образуют твердый раствор с сульфидами. Поэтому различные формы вхождения золота в сульфиды и их сочетания представляют значительные трудности извлечения золота прямым цианированием.
На кафедре «Обогащение полезных ископаемых» СФУ при участии автора и совместно со специалистами предприятия ОАО «Полюс золото» проведены экспериментальные исследования, направленные на интенсификацию процессов подготовки продуктов обогащения золотосодержащей руды перед цианированием за счет воздействия на них ультразвуком. Характерными особенностями сырья являлось наличие тонковкрапленного золота и окисных пленок железа на поверхности золотосодержащих сульфидов.
Эксперименты по изучению влияния ультразвуковой обработки на процесс цианирования осуществлялись на материале, представляющем собой объединенный продукт, состоящий из легкой фракции концентрационного стола Gemeni GT60 и флотационного концентрата. Продукт в процессе подготовки к исследованиям был тщательно перемешан методом перекатывания, затем способом сокращения - квадратованием были отобраны пробы для дальнейших исследований.
Наработка продукта для гидрометаллургических исследований осуществлялась по схеме (см. п.3.4), моделирующей схему ЗИФ «Советская», как одного из предприятий, перерабатывающих аналогичное сырье. Принципиальная схема представлена на рисунке 15.
Средние размеры золотин колеблются от от 0,075 мм до 0,02 мм. Морфология золота чрезвычайно разнообразна. В основной массе зерна золота имеют овальные слабо вытянутые формы, редко встречаются пластинчатые и крючковатые формы. Реже золото встречается в пирите и арсенопирите, размеры его выделений до 0,006 мм, формы звездчатые и каплевидные
Известно [165], что результаты цианирования зависят от характера золота и состава руд и песков. Учитывая, что на процесс выщелачивания влияют такие факторы, как наличие в рудах тонко- и дисперсно-вкрапленного золота в сульфидах, органическая пленка и количество покровных образований на поверхности минералов, препятствующих растворению ценного компонента, примеси других металлов в золоте, были проведены исследования по различной ультразвуковой обработке этих проб.
Ультразвук, влияя на процессы массообмена, способствует очистке поверхности минералов от гидрофильных покрытий, обеспечивает диспергацию реагентов, а в комбинированных технологиях ускоряет растворение обрабатываемых частиц, за счет вскрытия капиллярных каналов. Механизм массоообмена в ультразвуковом поле достаточно сложен и в частности определяется кавитационными и акустическими воздействиями.
В качестве аппарата для ультразвуковой обработки проб использовалась ванна Sonorex super RK1028H с частотой излучений 35 кГц и максимальной мощностью генератора излучений 300 Вт. Диапазон изменения времени ультразвуковой обработки варьировался от 0 до 20 мин.
С использованием дифрактометра ДРОН-3 изучен и проанализирован фазовый состав концентратов, подвергнутых ультразвуковой обработке. Для расшифровки рентгенограмм использовалась американская картотека ASTM. Дифрактограмма приведена на рисунке 17.
Как следует из полученных данных, пустая порода в исследуемом материале представлена преимущественно кварцем и мусковитом.
С целью оценки влияния на процесс цианирования наличия ксантогената и ультразвуковой обработки исследуемые пробы обработаны повышенным расходом ксантогената (300 г/т), после чего подвергались прямому цианированию в лаборатории ЗАО «Полюс».
Режим обработки каждой пробы представлен в таблице 11, а условия цианирования представлены в таблице 12.
Видно, что обработка концентратов в крупности -0,1+0 мм ультразвуком в течение 20 мин. повышает эффективность извлечения золота в цианистый раствор: извлечение увеличивается с 88, 4 до 96,6%.
Такое поведение процесса выщелачивания объясняется, интенсификацией процесса высвобождения рудных частиц от поверхностных минеральных покрытий, пленок вторичных образований, удаление которых неэффективно традиционными механическими методами по сравнению с обработкой в акустическом поле.
Исследования по озвучиванию продуктов, обработанных повышенным расходом ксантогената (300 г/т), показали:
- растворение золота цианидом из концентратов без дополнительной обработки ксантогенатом проходит наиболее полно;
- с увеличением времени воздействия ультразвуком (для концентратов, обработанных ксантогенатом при повышенном расходе) наблюдается значительное снижение эффективности процесса цианирования: извлечение снижается на 19-28 %. По полученным данным построен график зависимости содержания золота в хвостах цианирования от продолжительности ультразвуковой обработки, который представлен на рисунке 18.
На рисунке 18 показано, что с увеличением времени воздействия ультразвука на пульпу, обработанную бутиловым ксантогенатом калия, наблюдается увеличение содержания золота в кеке от 2,3 до 3 г/т, что противоположно ожидаемым результатам по десорбции собирателя с поверхности и свидетельствует об ухудшении процесса выщелачивания золота.
Предположительно, вместо деградации реагента под действием акустических колебаний произошла пассивация поверхности минералов. Одной из возможных причин этого явления может послужить возникновение диксантогенида в результате образования ковалентной связи между молекулами ксантогената в присутствии солей железа, меди и других металлов, что согласуется с данными СБ. Леонова и Б.В.Комогорцева [166].
Для проверки полученных результатов были выполнены исследования на текущих пульпах золотоизвлекательной фабрики предприятия ООО «Соврудник» (Приложение 1).
Руды трех месторождений относят к малосульфидному типу: суммарное количество сульфидов не более 1-1,5%. Минеральный состав представлен нерудными минералами кварцем, мусковитом, хлоритом, встречаются калиевые полевые шпаты, плагиоклаз и серицит. Рудные минералы представлены пиритом, арсенопиритом, галенитом. Минералы железа представлены магнетитом, реже встречаются гетит и лимонит.
Золотоизвлекательная фабрика работает по гравитационно-флотационной технологии с цианированием чернового концентрата после сгущения.
Выбор объекта испытаний на текущих пульпах обусловлен близостью вещественного состава исследуемых руд и руд текущей переработки на ЗИФ «Советская»: руды убогие по содержанию, доля сульфидной составляющей очень мала.
Эксперименты осуществлялись на пробах сгущенного продукта и концентрата основной флотации с содержанием золота 17,5 г/т, 13,5 г/т соответственно. Цианирование осуществлялось в режиме, представленном в таблице 14.
