Изыскание способов предварительной подготовки глинистых песков для повышения эффективности их дезинтеграции

Актуальность работы. В настоящее время большая часть россыпных месторождений находится в суровых климатических условиях, а их рыхлые отложения характеризуются высоким содержанием глины, валунов, наличием мерзлоты. Из-за сложных горнотехнических условий залегания запасов россыпей потери полезных минералов при их разработке достигают десятков процентов. Значительная доля потерь связана с плохой дезинтеграцией глинистых песков.

В отдельных случаях в погребенных россыпях содержание глины составляет до 90−95% от общего объема отрабатываемых запасов. Переработка глинистых песков с применением известных технологий характеризуется существенными технологическими потерями полезных компонентов, обусловленными выносом в отвал золота (алмазов), механически связанных с неразмытой глиной. В процессе обогащения высокоглинистые пески дезинтегрируют в среднем на 5−8% при дражном способе разработки и на 20−25% при использовании промывочных установок типа ГПСС в комплексе с гидровашгердом.

В настоящее время для интенсификации процесса промывки применяют различные способы: универсальные рассекатели (наборины) в дражной бочкевибрационные промывочные машины типа ВМИ-100- СМД-88- Р-633- МГГА-100- высоконапорные струи в барабанных грохотаххимические реагенты (серная кислота, хлористый и едкий натрий, сода, хлорид железа), предварительную подсушку глин до остаточной влажности менее 5−17%- электроискровой разряд в жидкости (электрогидравлический эффект) — интенсифицирующее воздействие ультразвуком на комья глиныаппараты с использованием акустических колебаний при промывке пород крупностью до 70 ммкриогенную подготовку глинистых песков и другие.

Однако добиться стабильно высоких показателей процесса дезинтеграции всех категорий перерабатываемых глинистых песков удается далеко не 5 всегда, поэтому необходимо не только улучшать эффективность работы обогатительного оборудования, но и совершенствовать всю технологию разработки глинистых россыпей. Это становится наиболее актуальным в наши дни, когда сырьевые запасы россыпных месторождений с благоприятными условиями залегания практически истощены и требуется вовлечение в разработку участков или месторождений с труднообогатимыми песками. Доля подобных месторождений сейчас составляет от 45 до 60%, а в некоторых регионах достигает 80%.

Цель работы: изыскание эффективных способов повышения степени дезинтеграции глинистых песков.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ полноты извлечения полезных компонентов при разработке россыпных месторождений алмазов и золота.

2. Изучение минерального и гранулометрического состава глин и исследование их физических свойств при изменении внешних факторов.

3. Изучение физико-механических процессов дезинтеграции в барабанных грохотах и анализ опыта их реконструкции.

4. Исследование и оценка эффективности дезинтеграции глинистых пород в лабораторных условиях.

5. Анализ эффективности дезинтеграции глинистых песков алмазоносной россыпи с управляемыми параметрами дезинтеграции.

6. Установление основных факторов, обеспечивающих высокую степень дезинтеграции.

7. Обоснование рекомендаций по совершенствованию технологии разработки высокоглинистых россыпей.

8. Разработка эффективных технологий предварительной подготовки глинистых песков в массиве.

9. Оценка экономической эффективности различных способов подготовки глинистых песков к разработке.

Идея работы. Повышать эффективность дезинтеграции глинистых песков следует не столько в направлении реконструкции элементов обогатительного оборудования, .сколько путем совершенствования технологии подготовки песков с предварительным изменением агрегатного состояния горного массива.

Защищаемые научные положения:

1. Качество промывки глинистых песков в барабанных дезинтеграторах в наибольшей степени зависит от кусковатости и влажности поступающего материала, а также содержания и формы крупнообломочных фракций в нем, то есть от параметров, которые могут регулироваться только в процессе предварительной подготовки песков к обогащению.

2. Предварительная механическая подготовка увлажненных глинистых песков с использованием продольно-поперечной схемы рыхления не обеспечивает в достаточной мере снижения кусковатости и влажности исходного для обогащения материала и позволяет только на 5−10% сократить потери полезного ископаемого с галей.

3. Рыхление массива глинистых песков с формированием межбороздовых гребней и последующей выемкой полезного ископаемого путем их срезания позволяет за счет двух-трехкратной интенсификации процесса естественной подсушки подготавливаемых песков в среднем почти на 60−65% снизить выход продуктов неполной дезинтеграции в галечные хвосты.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлена степень влияния различных факторов на эффективность дезинтеграции глинистых песков применительно к условиям алмазоносных россыпей Западной Якутии.

2. Разработана методика прогнозирования выхода глинистых окатышей и соответственно потерь ценного минерала с плюсовой фракцией при обогащении песков в барабанном грохоте.

3. Предложена методика анализа и подсчета выхода крупных кусков глины в процессе обогащения при предварительной подготовке песков в массиве.

Практическая значимость работы:

1. Установлены оптимальные параметры работы скруббер-бутары.

2. Обоснованы схемы рыхления песков при формировании межбороздовых гребней.

3.Разработаны технологические схемы подготовки глинистых песков путем их механического рыхления в зависимости от типа применяемого оборудования и физико-механических свойств песков.

Методы исследования: анализ и обобщение литературных источников и патентных материалованализ теоретических разработок и производственного опытафизическое моделирование и лабораторные экспериментынаблюдения и исследования в промышленных условияхматематическая обработка экспериментальных данныхграфоаналитические методы, а также методы математического моделирования.

Личный вклад автора: сформулированы задачи исследований и разработана методология их решенияпроведены теоретические и экспериментальные исследования по выявлению факторов, повышающих качество промывки глинистых песков в барабанном дезинтегратореразработана и обоснована методика, позволяющая аналитически прогнозировать степень дезинтеграции высокоглинистых песков в скрубберах и бутарахразработаны технологические схемы подготовки песков, позволяющие существенно повысить степень извлечения минерала за счет регулирования естественной влажности исходных песков.

Реализация работы. Проведены полупромышленные испытания предложенного способа подготовки глинистых песков. Предложенная технология разработки высоко-глинистых песков принята к внедрению в МГОКе АК «АЛРОСА» .

Апробация работы. Материалы диссертационной работы и её отдельные положения докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Научно-практическая конференция «Проблемы безопасности в природных и технических системах», г Иркутск (1996г) — Международная конференция молодых ученых и студентов, Иркутск (1998г) — 7-ая Региональная научнопрактическая конференция, посвященная 80-летию РС (Я) «Молодые ученые и наука — 2002», г Мирный (2002г) — Международная конференция «Проблемы развития минеральной базы Восточной Сибири», г Иркутск (2002г., 2004 г., 2005 г.) — Научно-практическая конференция, посвященная памяти С. Б. Леонова «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств», г Иркутск (2004г), а также на кафедре открытых горных работ ИрГТУ (2004, 2005г).

Публикации: По теме диссертации опубликовано пять работ и подана заявка на изобретение.

Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, пяти приложений, изложена на 217 страницах машинописного текста, включая 90 рисунков, 54 таблицы и библиографический список литературы из 118 наименований.

Выводы.

1. Количественный выход глинистых окатышей в отвал зависит: от диаметра кусков глины, поступающих в скруббер для промывки (массы куска глины) — от размеров и формы обломочного материала (округлой или плоской формы) — от времени нахождения в скруббереот исходной влажности глинистого куска.

2. Время полного разрушения окатышей крупностью 0,160Сар сократилось при добавлении гали по сравнению с плитняком в среднем на 63% (с 36 минут до 13 минут). Для кусков крупностью 0, ЗЮСар при промывке в течение 60-ти минут с плитняком выход окатышей составил в среднем 75%. При крупности кусков глины более 0, ЮСар геометрическая конфигурация обломочного материала практически не влияет на эффективность дезинтеграции в учетный период времени (время нахождения породы в скруббере в среднем 1,5 минуты), при этом выход окатышей в хвосты превышает 90%.

3. Дезинтеграция глинистых кусков крупностью менее 10% от диаметра барабана с округлым галечным материалом происходит на 35% лучше, чем с плитняком.

4. На количественный выход окатышей в хвосты оказывает исходная влажность промываемых кусков. При промывке кусков глины крупностью 0, ЗШбар без добавок гали и остаточной влажностью У=12%, полное разрушение кусков произойдет менее чем за 1,5 минуты. При влажности ?=24% на таком же временном интервале с одинаковыми условиями промывки количественный выход окатышей останется на том же уровне, что и при загрузке в барабан.

6. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ ГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА.

6.1 Подготовка к проведению эксперимента.

Экспериментально доказано, что на качество промывки сцементированных глиной песков существенное влияние оказывает первоночальный размер куска, поступающего на дезинтеграцию, и остаточная влажность пород. Как правило, глинистые пропластки занимают довольно большие площади. При выемке и транспортировании песков бульдозером к приемному бункеру промприбора, происходит перемешивание и истирание породы отвалом бульдозера. При незначительном содержании глины (менее 20%) и высокой влажности песков (в пределах 20−30%) последние подаются на обогатительные установки в определенной мере продезинтегрированными [5]. При высоком содержании глины в песках наблюдается противоположная картина. Особенно в низинах и притопленных местах полигонов. При разработке таких участков бульдозерами наблюдается еще большее уплотнение исходных глинистых песков с образованием плотного, трудно разрушаемого навала. Механическое рыхление исходных песков позволяет регулировать средний размер куска породы, а их естественное подсушивание дает возможность повышать их дезинтегрируемость. При этом необходимо, чтобы вода с отрабатываемого участка была предварительно отведена по водоотводным канавам, что позволит интенсифицировать процесс естественного подсушивания песков [63, 64].

В процессе изысканий проведенных на экспериментальном участке, на предмет установления эффективных схем рыхления глинистых песков для минимизации процентного выхода кусков глины с площадью поперечного сечения более 0,02 м² (более 150 мм в диаметре) проводились следующие исследования:

1. Для сравнительной оценки использования рыхлителя как с технологической, так и с экономической точек зрения были рассмотрены два типа бульдозеров (ДЗ-126 -база ДЭТ-250М и 0−355А «КОМАТБи»).

2. При рыхлении песков были использованы схемы движения рыхлителей смежными (параллельными ходами) и продольно-поперечными заездами (параллельно-перекрестным ходом) (рисунок 6.1 и 6.2).

3. Сплошное рыхление площади производилось с формированием межбороздового гребня и без формирования (рыхление сетки 0,5×0,5 м не позволяет формировать межбороздовый гребень, так как происходит закатывание каждого последующего гребня гусеницами бульдозера).

4. При рыхлении экспериментально устанавливалась конфигурация межбороздового гребеня, его основные геометрические параметры, фиксировались полученная крупность кусков при разной комбинации схем рыхления с применением метода фотометража.

5. Оценивалась возможность эффективного использования метода естественной подсушки песков в межбороздовом гребне до минимальной остаточной влажности с целью повышения их дезинтегрируещей способности.

Для успешной реализации программы исследований необходимо было подобрать участок с максимально возможным содержанием глинистой фракции, с исходной влажностью пород 20−25%. Из 120 га вскрытой площади полигона на месторождении «Горное» наиболее подходящим был участок площадью 0,35га с ярко выраженным глинистой составляющей. Содержание фракции крупностью -0,2+0мм в породах на данной площади составило в среднем 72%. Этот пропласток представлял собой наносы мелкозернистой фракции песка, ила и глины толщиной в среднем около 1,2 м, перекрывающие промышленную часть балансовых запасов.

Рисунок 6.1-Схема движения рыхлителя при формировании межбороздового гребня смежными заездами.

0.5 м.

Рисунок 6.2- Схема движения рыхлителя при формировании межбороздового гребня продольно-поперечными заездами.

Была оконтурена площадь размерами 130×50 м с последующим делением па четыре подучастка (первый — 10×50 мвторой — 40×50мтретий — 40×50 мчетвертый — 40×50 м). На первом подучастке порода без предварительной подготовки рыхлением срезалась отвалом бульдозера и укладывалась за контуром в навал высотой около одного метра и шириной в один отвал бульдозера. Второй подучасток рыхлили на всю высоту стойки рыхлителя (высота стойки зуба до рамы рыхлителя около 1,1м) продольно-поперечными заездами с сеткой 0,5×0,5 м с последующим формированием навала за контуром аналогичным образом, что и на первом участке. Площадь третьего подучастка рыхлили смежными заездами с таким расчетом, чтобы сформировать меж-бороздовый гребень между каждым чётным и предшествующим ему ходом рыхлителя. Четвертую площадь рыхлили параллельно-перекрестным ходом, причем перекрестным ходом формировали межбороздовый гребень между каждым чётным и предшествующим ему ходом рыхлителя. В третьем и четвертом вариантах породу выталкивали в навал, не заглубляя отвал бульдозера в грунт, а только срезая образованные от рыхления межбороздовые гребни.

На вскрышных работах на месторождении «Горное» успешно эксплуатируются два типа бульдозеров ДЗ-126 (базовый трактор ДЭТ-250) и Б-355А фирмы «КОМАТБи». В рассматриваемом случае стоит обратить внимание на такие технические характеристики машин как: колея по тракамширина траковклиренсскорость рыхления и стоимость одного машино часа работы (таблица 6.1).

Межколейная площадь дорожного просвета бульдозера в обоих случаях практически равна и составляет: для ДЗ-126 — 0,9 м², а для 0−355А — 0,96 м² [73]. В полевых наблюдениях за работой рыхлителей при формировании межбороздового гребня не выявлено резких отличий в его геометрических параметрах. Поэтому в проведении исследовательской работы нами был использован бульдозер 0−355А.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполненных исследований предложено новое решение актуальной научно-практической задачи по выбору и обоснованию технологии разработки глинистых россыпей с использованием предварительной подготовки песков рыхлением, обеспечивающим повышение эффективности последующей дезинтеграции высокоглинистых песков.

Наиболее важные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. В наибольшей степени повышение качества промывки глинистых песков в барабанном дезинтеграторе обеспечивается за счет изменения влажности, кусковатости и гранулометрического состава исходных пород, а также расхода воды и времени дезинтеграции. Меньшее влияние на дезинтеграцию песков оказывают температура воды и частота вращения барабана.

2. При использовании внутри барабана штыревых рыхлителей и промывке глинистых песков с исходной влажностью более 20% наибольшая эффективность дезинтеграции (Е=92%) достигается при оборотах барабана, равных 45−60% от критической. Без рыхлителей эффективность дезинтеграции ниже (Е=55%), причем скорость вращения дезинтегратора должна быть наибольшей и составлять 70−85% от критической.

3. Эффективность промывки нарастает только на первых трех минутах, пока глинистый кусок приобретает более округлую форму за счет отделения слабо связанных комочков. С последующим увеличением времени нахождения глинистого окатыша в дезинтеграторе дополнительно на каждые десять минут нарастание эффективности промывки снижается на 13%, 5%, 4%, 3% и.т.д. до нулевых значений.

4. Эффективность дезинтеграции можно повысить увеличивая температуру воды. Как показывают наблюдения, повышение температуры воды от 0 °C до 20 °C приводит к незначительному (5%) росту эффективности дезинтеграции. Последующее повышение температуры воды до 80 °C улучшает эффективность промывки на 24%. При этом относительно резкое повышение качества дезинтеграции наблюдается после превышения температуры 50 °C.

5. С увеличением соотношения средневзвешенного размера промываемых пород к диаметру скруббера в 3-^4 раза эффективность дезинтеграции повышается на 25-КЗО%.

6. При промывке высокоглинистых песков необходимо предусмотреть технологию с увеличением средневзвешенного размера исходных песков за счет добавок в них галечного материала из хвостов бутары или драг.

7. Эффективность дезинтеграции песков непосредственно зависит от водно-шламового режима процесса обогащения. Как показали эксперименты, содержание взвесей в технологической воде не должно превышать 100г/л.

8. Из-за наличия кольцевого порога в скруббер-бутаре дезинтеграция песков ведется в водной среде в соотношении Т: Ж=1:3−1:4. При этом эффективность дезинтеграции составляет около 60%. Дальнейшее увеличение расхода воды не повышает эффективность дезинтеграции песков, однако увеличивает себестоимость их промывки.

9. Предварительное снижение влажности подготовленных к промывке глинистых песков с 24% до 10% позволяет повысить эффективность дезинтеграции более чем на 30%.

10. Подсушка глинистых песков до остаточной влажности 10% с последующей промывкой в скруббере позволяет полностью исключить выход глинистых окатышей в галечный отвал при первоначальном размере глинистого куска менее 20% от диаметра барабана.

11. Дезинтеграция глинистых кусков крупностью менее 10% от диаметра барабана с галечным материалом округлой формы происходит на 35% лучше, чем с плитняком.

12. Предварительная механическая подготовка увлажненных глинистых песков с использованием параллельно-перекрестной схемы рыхления позволяет лишь в незначительной степени уменьшить кусковатость и влажность исходного для обогащения материала и только на 5−10% сократить потери с галей полезного ископаемого.

13. Предварительное механическое рыхление исходных песков согласно предложенному способу позволяет практически в два раза уменьшить содержание в подготовленном для обогащения навале глинистых кусков крупностью более 140 мм, интенсифицировать процесс их естественной подсушки в 2,5−3,0 раза и, тем самым, полностью исключить выход глинистых окатышей в галечный отвал.

14. Параметры межбороздовых гребней, сформированных при рыхлении разными типами бульдозеров, особых отличий не имеют. Однако с учетом себестоимости рыхления песков более выгодно (в четыре раза) использование менее мощных бульдозеров.

15. Максимальные параметры гребней при рыхлении и наибольшая их трещиноватость обеспечиваются за счет двукратных параллельных заездов однозубого рыхлителя со смещением хода в пределах 10−15% от ширины его колеи при минимальном угле резанья пород.

16. Переход от схемы рыхления песков смежными ходами к схеме с параллельно-перекрестными ходами позволяет увеличить объем гребней практически в два раза.

17. Предварительная подготовка песков разрабатываемого участка бульдозером Э-355 (или ДЗ-126) приводит к удорожанию выемки на 13,7% (или 5,2%) соответственно. Но при этом снижается выход продуктов неполной дезинтеграции в галечные хвосты до 40−45%, а случае использования метода естественного подсушивания сформированных гребней до 60−65%.

18. Экономическая рентабельность предложенного способа подготовки глинистых песков составит 15−21%.

19. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения мероприятий по предварительной подготовке глинистых алмазоносных песков в ценах 2005 года может составить до 30 млн. р/год при работе одной промывочной установкой с сезонной производительностью 152,5 тыс. м3.