Разработка и реализация промывочных приборов и электромагнитных МЖ-сепараторов для обогащения золотосодержащего сырья

Актуальность работы.

Для повышения социально-экономического уровня развития РФ, стабильного пополнения государственного резерва драгоценных металлов и удовлетворения потребности в них внутреннего рынка необходимо решение актуальной проблемы наращивания объема добычи золота. Из учтенных Государственным балансом России запасов золота на россыпные месторождения приходится 20% запасов и 10% прогнозных ресурсов. Вместе с тем, именно россыпные месторождения обеспечивают в настоящее время основной объем (67%) добычи золота Однако эта сырьевая база постоянно ухудшается, существенно сокращаются запасы" рентабельные для отработки существующими методами в условиях рыночной среды. В промышленное освоение передаются россыпи с низким содержанием золота, преобладающая крупность которого 0,25−0,1 мма крупные золотимы чешуйчато-пластинчатого морфотипа и поэтому, как и мелкие, плохо улавливаются в аппаратах шлюзового типа Перечисленные факторы существенно снижают экономическую эффективность добычи золота из россыпей. В этой связи совершенствование способов и средств добычи золота из россыпей (в том числе и техногенных) является важной народнохозяйственной задачей.

Повышение извлечения золота при переработке золотосодержащих песков возможно за счет разработки рациональных схем промывочных приборов, создания новых конструкций МЖ-сепараторов на основе электромагнитных систем для доводки гравиоконцентратов и способа получения качественных разделительных сред.

Цель работы.

Повышение извлечения благородных металлов за счет усовершенствования промывочных приборов и магнитожидкостных сепараторов, используемых при обогащении россыпей и доводке гравитационных концентратов.

Методы исследования.

Теоретическая часть исследования выполнена с использованием основных положений теории электромагнитного поля, магнитной гидродинамики сплошных сред, методов физического и математического моделирования магнитных полей и разделительных процессов. Экспериментальная часть проведена с применением методов системного анализа и математической статистики, физической и аналитической химии, гидромеханических и гравиометрических методов измерений. Идентификация математических моделей осуществлена с применением ЭВМ.

Защищаемые научные положения.

1. Математическое выражение основных параметров плоскопараллельного магнитного поля (Н, VH) в рабочей зоне электромагнитного МЖ-сепараторов на базе аналитической формулы для описания напряжённости магнитного поля в зазоре электромагнита с помощью элементарных функций.

2. Аналитическое выражение градиента давления и критерия квазиутяжеления ферромагнитного коллоида в рабочей зоне электромагнитного МЖ-сепараторауравнение профиля полюсов электромагнита, обеспечивающего требуемые параметры поля.

3. Теоретическое и экспериментальное обоснование:

• механизма и метода массовой кристаллизации из раствора монодисперсного коллоидного магнетита для синтеза ФМЖ;

• метода выбора эффективного стабилизатора коллоидного раствора магнетита;

• механизма и метода стабилизации коллоидного раствора магнетита с получением максимально устойчивой слабоконцентрированной ФМЖ.

4. Математическая модель и методика численного расчета лабораторного и промышленного электромагнитных МЖ-сепараторовконструкции аппаратов и результаты их испытания.

Научное значение работы составляют: разработка нового аналитического метода расчёта основных параметров электромагнитных магнитожидкостных сепараторованализ уравнения динамики ФМЖ, на основе которого получены математические выражения распределения гидростатического давления в объеме ФМЖ, выталкивающих сил магнитного происхождения и эффективной плотности ФМЖ в рабочей зоне электромагнитного МЖ-сепараторатеоретическое обоснование нового метода синтеза ФМЖ для электромагнитных МЖ-сепараторов, из основных положений которого следует, что.

• оптимальные условия получения коллоидного магнетита достигаются при интенсивном перемешивании медленно вливаемых в аммиак разбавленных растворов солей 2-х и 3-х валентного железа, взятых с избытком сверх стехиометрического количества;

• минимальной агрегативной устойчивости частиц магнетита соответствует одинаковое число покрытых и непокрытых стабилизатором частиц в дисперсной системе;

• особенно сильное стабилизирующее действие на частицы дисперсной фазы ФМЖ оказывают анионоактивные ПАВ, полярные группы которых химически фиксируются на атомах металла кристаллической решетки. Установлено наличие и проведен анализ трех функциональных областей действия длинноцепочечных гетерополярных стабилизаторов, характеризующихся различным строением адсорбционного слоя.

Результаты испытаний разработанных МЖ-сепараторов являются вкладом в развитие научных представлений о возможностях сепарации минералов в ферромагнитных коллоидах.

Практическое значение работы.

1. Разработаны метод расчёта и принципы конструирования электромагнитных МЖ-сепараторов, на основе которых созданы лабораторные и промышленные золотоизвлекающие аппараты дня доводки шлихов и концентратов.

2. Разработан технологический регламент нового способа получения высокоустойчивой слабоконцентрированной ферромагнитной жидкости для электромагнитных МЖ-сепараторов и совместно с Hi 111 «Геос» (г. Владикавказ) организовано ее промышленное производство.

3. Разработана, изготовлена и успешно использована физическая модель МЖ-сепаратора при исследовании на обогатимость шлихов россыпных месторождений, а также в схеме цепи аппаратов при извлечении золота и металлов платиновой группы из гравиоконцентратов Норильской ОФ, wo обеспечивает получение экономического эффекта в размере 300 тыс. долл. США за счет увеличения извлечения суммы МПГ на 2%.

4. С использованием результатов диссертационной работы и её научных выводов разработаны, изготовлены и успешно испытаны промышленные модульные установки для переработки лежалых и текущих хвостов промывочных приборов. Результаты эксплуатации этих установок позволили оценить эффективность применяемых технологических решений построения схем переработки золотосодержащего сырья с использованием электромагнитных МЖ-сепараторов и определить пути их усовершенствования.

5. Для ОАО «ГМК «Норильский никель» с использованием МЖ-сепарации разработана технология доводки гравиоконцентрата, обеспечивающая получение двухпроцентного по сумме Au-Pt-Pd концентрата при увеличении извлечения металлов платиновой группы на 2% (абсолютных). Экономический эффект от использования мероприятия превысит 300 тыс. долл. США.

Реализация работы.

Научные результаты и выводы диссертационной работы, результаты выполненных экспериментальных исследований и теоретических расчётов использованы при проектировании и создании сепарационного комплекса промывочного прибора 111ШОК-50−2 для переработки техногенных россыпей. Переработка на участке золотодобычи 1111 «Амурзолоторазведка» в районе р. Ингагли 4000 м³ лежалых эфелей с содержанием 0,10−0,15 г/м3 Аи подтвердила экономическую целесообразность повторной отработки такого материала с использованием разработанного комплекса и технологии МЖС.

С использованием технологии МЖС спроектирована и изготовлена трехмодульная обогатительная установка (шлюзовая приставка) для доработки текущих хвостов промывочного прибора. При переработке 2000 м³ текущих хвостов промприбора ПГШ-75 на полигоне с/а «Восточная» в Октябрьском районе Амурской обл. показано, что использование разработанной техники и технологии позволяет на месторождении с высоким содержанием мелкого золота увеличить его извлечение на 10% (абсолютных), что обеспечивает получение дополнительных 12−18 кг золота в сезон с одного промприбора.

Спроектирован, изготовлен и успешно применяется МЖ-сепаратор для выделения шлихового золота в процессе экспресс-анализа геологических проб в ходе производственной деятельности Амурской геологоразведочной экспедиции.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международном конгрессе «300 лет Уральской металлургии «(г. 9.

Екатеринбург, 2002 г.), IV конгрессе обогатителей стран-СНГ (г. Москва, МИСИС, 2003 г.), 2-ой Всероссийской научной конференции «Горнометаллургический комплекс России: Состояние перспективы развития» (г. Владикавказ, СКГТУ, 2003 г.), Международном симпозиуме «Неделя горняка-2003» (г. Москва, МГГУ), производственных совещаниях ГГП «Амурзолоторазведка» (г. Свободный Амурской обл.) в 2001;2003 гг., ежегодных НТК СКГТУ (г. Владикавказ) в 2001;2003 гг.

Публикации.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 статьях, а также в отчете о НИР с номером государственной регистрации.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4-х глав, 4-х выводов, бибшшографического списка из 85 наименований, 3-х приложений и содержит стр. машинописного текста, 36 рисунков, 32 таблицы. В приложения включены документы, подтверждающие практическое применение работы.

4.3 ВЫВОДЫ.

1. С использованием разработанного аппарата технологии МЖ выполнен комплекс исследований по повышению извлечения золота, платины и палладия из гравиоконцентраторов центробежных сепараторов Нельсона Норильской фабрики. Для тонкого рассева и предварительной концентрации исходного продукта с участием автора и изготовлены в лабораторном масштабе физические модели барабанного грохота и гидровлического сепаратора. Детально проработаны все конструктивные элементы этих агрегатов и глубоко исследованы с целью оптимизации режимные параметры их работы. Выделения магнитных фракций разного качества осуществлялось на тарельном роликовом и двухвалковом сепараторах «Hiill ГЕОС» после настройки их на исследуемоё сырьё. Продукты магнитной сепарации дополнительно обогащались на концентрационном столе СКО-0,2 режим работы которого насчитан теоретически и проверен экспериментально.

2. В результате выполненных исследований разработана технологическая схема доводки гравиоконцентраторов, которая позволяет извлекать 96% МПГ при степени концентрации на уровне 24рад. В 2-х % концентрат по сумме МПГ извлечение от доводки составляет более 42% .Этот продукт может направляться на гидрометаллургию, что позволит увеличить общее извлечение платиноидов по комбинату ориентировочно на 2%. При содержании в исходной руде суммы МГГ на уровне 0,5% внедрение разработанной технологии обеспечит дополнительное получение 25 кг золота, платины и палладия. Экономический эффект от данного мероприятия превысит ЗООтыс. долл. США. 3. Для переработки техногенных россыпей золота, т. е извлечения металла из леталых хвостов (эффелей) разработан, спроектирован и изготовлен промприбор

ПГШОК-50−2, сепарадионный комплекс которого состоит из трёхэталного сооружения 11x9x5,5 м массой 14 тонн.

Комплекс включает два спаренных шлюза глубокого наполнения, колосниковый грохот, обезвоживающие бункера отсадочные машины Труд-3 и МОД-ОД концентрационные столы СКО-15, СКО-2- ОКО-ОД центробежный сепаратор ИТОМАК-1.

В ходе испытаний промприбора на участке золотодобычи в районе реки ИНГАГЛИ Амурской обл. из 4000 м³ эффелей извлечь 530 г шлихового золота. Т.О. разработанный прибор технологически эффективен, а повторная отработка россыпей с его применением экономически целесообразна. 4. Для повышения эффективности переработки целиковых россыпей с помощью доработки текущих хвостов промприбора разработана, спроектирована и изготовлена трёхмодульная обогатительная установка состоящая из двухситного виброгрохота 1,5×3м, обезвоживающего бункера 2,5×2,5 м, пескового насоса ПБ-100/16, отсадочных машин Труд-3, МОД-1, МОД-0,2,двухвалкового магнитного сепараторов и технологии МЖС. Установка смонтирована и испытана на полегоне в с/а Восточная п. «Октябрьский «Амурской обл. За время испытаний переработана 2000 м хвостового промприбора типа ПГШ, из которых получено 280 г шлихового золота, т. е. промприбор теряет 15−10% золота Увеличение производительности от 15м3/час достигнутой до нагрузки на весь прибор позволило бы дополнительно извлечь 12−18 кг золота за сезон.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В технологии добычи золота россыпей до сих пор используются малоэффективные или вредные для здоровья методы и аппараты. Так, например, на стадии первичного обогащения золотоносных песков основным агрегатом является шлюз глубокого наполнения, изобретенный несколько столетий тому назад. Доводки золотосодержащих шлихов зачастую осуществляется вручную на ковриках, лотках, атдувкой или амальгамацией. С целью усовершенствования золотоизвлекющих промприборов и сепараторов автором выполнен комплекс теоретических, экспериментальных исследований и конструктивных разработок. При этом получены следующие научные выводы и результаты.

I. Получены аналитические выражения, связывающие параметры магнитного поля в зазоре электромагнитного МЖ-сепаратора с электрическими и геометрическими параметрами его катушки и магнитопровода. Предложены формулы для моделирования магнитных полей МЖ-сепараторов в зазорах прямои криволинейных конфигураций. Выполнен теоретический анализ составляющих уравнения динамики ферроколлоидов. Получены формулы распределения гидростатического давления в объеме ферроколлоида, выталкивающих сил и эффективной плотности ФМЖ в рабочих зазорах электромагнитных МЖ-сепараторов.

2. Разработаны принципы и методика расчёта электромагнитных МЖ-сепараторов разного масштаба и назначения. Выведено уравнение профиля полюсов электромагнита, обеспечивающих постоянную величину выталкивающих магнитных сил в объёме ФМЖ. Получены формулы для расчета магнитной проводимости между полюсами, полного магнитного потока, сечения сердечника и катушек, высоты слоя ФМЖ в рабочем зазоре.

3. Разработан и изготовлен МЖ-сепаратор для минералогических исследовании, основу которого составляет с-образный электромагнит. Применение МЖ-сепаратора при обогащении золотосодержащих песков с высоким содержанием сульфидов в ГШ «Амурзолоторазведка» позволило достигнуть величины извлечения золота 87% в пригодный для плавки концентрат.

4. Установлена необходимость повышения устойчивости ФМЖ, применяемой для электромагнитных МЖ-сепараторов. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены новые способы получения и стабилизации коллоидного магнетита Оптимальные условия получения ферроколллоида с заданными свойствами достигаются при интенсивном перемешивании медленно вливаемых в аммиак разбавленных растворов солей 2-х и 3-х валентного железа, взятых с избытком сверх стехиометрического количества Минимальной устойчивости ФМЖ соответствует одинаковое число покрытых и непокрытых стабилизатором частиц магнетита Чтобы исключить эти условия, при стабилизации магнетита его равные части смешивают после обработки одной из них всем количеством раствора олеиновой кислоты в керосине, необходимым для стабилизации обеих частей магнетита. Разработан технологический регламент получения устойчивых слабоконцентрированных ФМЖ для электромагнитных МЖ-сепараторов.

5. Разработана технологическая схема доводки гравиоконцентрата Норильской ОФ. Преимущество данной технологии перед существующими в повышении извлечения суммы Au-Pt-Pd на 2% (что позволяет получить экономический эффект в размере 300 тыс. долл. США) за счет нового принципа построения схемы и использования технологии МЖС.

6. Для переработки техногенных россыпей разработан и изготовлен промприбор ПГШОК-50−2, технологическая схема обогащения которого основана в том числе на МЖ-методе. В ходе испытаний в Амурской обл. установлено, что прибор технологически эффективен, а повторная отработка россыпей целесообразна.

7. Для доработки текущих хвостов промприбора разработана и изготовлена трехмодульная обогатительная установка По результатам ее.

182 испытаний на полигоне с/а «Восточная» сделан вывод о том, что эксплуатация установок данного типа позволяет повысить извлечение золота на 10% за счет оптимизации условий сепарации сырья и применения технологии МЖС.