Использование центробежных полей для интенсификации гравитационного процесса извлечения мелкого золота тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.11, кандидат технических наук Карунин, Сергей Борисович

• Карунин, Сергей Борисович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Карунин, Сергей Борисович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

1.Анализ существующих аппаратов центробежного принципа

действия

1.1 .Центробежные аппараты напорного типа

1.1.1 .Концентраторы циклонного типа

1.1.2.Спиральные концентраторы

1.2.Центробежные безнапорные аппараты

1.2.1 .Аппараты периодического действия

1.2.2. Аппараты непрерывного действия

1.2.3.Вращающиеся трубы

Выводы

2.Теоретическое обоснование основных принципов и методов расчета сил действующих на минеральные частицы во вращающемся центробежном сепараторе безнапорного

типа

2.1. Исследование гидродинамики потока минеральной суспензии и условий концентрации золота во вращающемся

центробежном сепараторе

2.2.Основы теории расчета центробежных и гравитационных сил, действующих на минеральную частицу во вращающемся

центробежном сепараторе

2.3.Основы теории расчета конечных скоростей движения минеральных частиц во вращающемся центробежном

сепараторе

Выводы

3.Экспериментальные исследования влияния различных

факторов на извлечение золота

3.1.Зависимость извлечения золота от его круп-

ности

3.2.Исследование влияния выхода тяжелой фракции на

извлечение золота

Выводы

4.Применение обогатительного модуля типа ПРО-2 в комплекте с промывочным прибором ПБШ-40 при извлечении мелкого золота

4.1.Особенности обогащения песков в центробежных безнапорных аппаратах

4.2. Предварительное обогащение песков на промывочном приборе ПБШ-40

4.3.Извлечение мелкого золота на обогатительном модуле

ПРО-2

Выводы

Заключение

Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Использование центробежных полей для интенсификации гравитационного процесса извлечения мелкого золота»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время одним из важных направлений научно-технического прогресса является вопрос повышения полноты и комлексности использования рудного сырья.

Гравитационные методы обогащения, точнее гидравлическое и пневматическое обогащение, применяются для обработки полезных ископаемых с целью получения из них продуктов, обладающих определенными свойствами (качествами) и удовлетворяющих требованиям, предъявляемым различными отраслями промышленности (топливной, черной и цветной металлургии, химической, строительных материалов и др.) - потребителями минерального сырья [42].

При гравитационном обогащении для разделения смеси минеральных зерен используется различие их по плотности. Это дает также возможность разделения и по гидравлической крупности минералов. Оно осуществляется с помощью динамического воздействия среды - воды и воздуха[1].

В зависимости от того, происходит ли процесс в водной или воздушной среде, обогащение можно называть гидравлическим или пневматическим. Динамическое воздействие среды играет весьма важную роль в гравитационных процессах обогащения, так как оно создает определенные условия для движения и взаимного перемещения минеральных зерен, следствием чего и является разделение зерен по плотности или по гидравлической крупности. Поэтому основными законами, действующими при гравитационных процессах обогащения, следует считать законы сопротивления среды движению находящегося в нем тела, т.е. законы гидро-и аэродинамики. В зависимости от общности законов гидро- и аэродинамики принципы

гидравлического и пневматического обогащения одинаковы [2,42]. В этом же отношении гравитационное обогащение близко стоит к гидравлическому транспорту, некоторым разделам гидротехники, сепарации продуктов сельского хозяйства и т.д.

Полезное ископаемое должно представлять сыпучую массу, состоящую из отдельных минеральных зерен, поэтому предварительно оно подготовляется путем дробления, измельчения или вообще дезинтеграции.

Гравитационные методы обогащения имеют весьма широкое распространение и применяются в самых разнообразных отраслях горонодобыващей промышленности. В особенности они получили развитие в области обогащения каменного угля, руд черных металлов (железа и марганца), многих руд редких металлов (вольфрамовых, ториевых, оловянных и т.п.), россыпных месторождений золота, платины и т.д. Гравитационные методы применяются затем для обработки неметаллических ископаемых (асбеста, каолина, мела и др.); наконец, в области обогащения руд цветных металлов (меди, цинка, свинца), которые обогащаются преимущественно методом флотации, также находят применение некоторые методы гравитационного обогащения.

С развитием горного дела и металлургии совершенствуется и техника обогащения. Например уже в начале XIV и XV вв. можно встретить машины и аппараты, которые применяются для извлечения полезного компонента с помощью гравитационных методов обогащения.

Особенно высокого уровня методы гравитационного обогащения достигают в конце XIX и начале XX вв., когда до

введения флотации и других способов обогащения они являлись единственными методами и применялись при обработке любых полезных ископаемых. Это развитие и совершенствование не прекращается и в наше время и идет по двум направлениям конструирования и рационализации и развития схем, благодаря чему появляются все новые типы машин и аппаратов; обогащением охватывается все более широкий круг полезных ископаемых.

Теория гравитационных методов обогащения начала разрабатываться в первой половине XIX века. Её основоположником считается П.Риттингер, который предложил уравнения движения падающего в воде тела для объяснения явлений отсадки - разделения минеральных зерен по удельному весу в восходящей струе воды. Собственно говоря, изучением сопротивления и давления струи на шар занимался уже Ньютон, впервые определивший и экспериментально проверивший закон динамического сопротивления движущегося в жидкости шара. Работа английского физика Стокса расширила представление о видах сопротивления, возникающего вследствие учета вязкости жидкости. Более поздние исследования различных ученых показали, что между законами Ньютона и Стокса существует непрерывная связь, и сейчас они сведены в одну общую форму, учитывающую как гидродинамическое, так и гидростатическое сопротивление вследствие вязкости среды.

Следуя торетическим положениям, впервые приложенным Риттингером к гравитационным процессам обогащения, научное обоснование последних базировалась и вдальнейшем на исследовании законов падения тела в среде. Риттингер и другие рассматривали процессы обогащения с точки зрения

движения изолированного тела в неограниченной среде, тогда как на самом деле минеральные зерна движутся совместно в большом количестве и в ограниченном пространстве: это обстоятельство весьма резко отражается на движении каждого из зерен в отдельности. Поэтому теория гравитационных методов обогащения не только оставалась отвлеченной и никак не увязывалась с действительностью, но даже в известной степени тормозила развитие техники. Впервые на это обратил внимание Монро(1888), затем Р.Ричарде (1908) и др., которые пытались разрешить важнейшую проблему гравитационного обогащения - совместного движения массы минеральных зерен известную под названием стесненного падения.

В конце XIX века русские ученые Г.Я. Дорошенко, С.Г. Войслав, И.А. Корзухин и В.А.Гуськов развили теорию движения минеральных зерен в воде применительно к гравитационным методам обогащения. Впоследствии профессор Г.О.Чечот (Механобр) разработал теоретические основы гидравлической классификации.

В 40-ые годы профессор П.В.Лященко создал первый учебник "Гравитационные методы обогащения полезных ископаемых", в которых сформулировал основы теории гравитационных процессов.

В 50-ые годы в Московском горном институте под руководством профессора И.М.Верховского выполнены теоретические работы в области гидродинамики и кинетики расслоения минеральных зерен в процессе отсадки и обогащения в минеральных суспензиях. Значительный вклад в теорию гравитационных процессов обогащения внесли

И.Н.Плаксин, В.И. Классен, М.Г.Акопов, Я.И.Фомин, М.Д.Минц, М.В.Циперович.

В настоящее время выполняются крупные теоретические исследования гравитационных методов обогащения под руководством Н.Н.Виноградова, Л.С.Зарубина, А.И.Пова-рова, Б.В.Кизевальтера, В.И.Ревнивцева, Г.Д.Краснова, Э.Э. Рафалеса-Ламарка, М.Д. Барского.

Выяснению закономерностей движения сред посвящено большое число работ зарубежных ученых: Р.Ричардса (1907г.); А.Эйнштейна (1920 г.); А.Херста и Р.Ханкока (1937 г.); а также М.Дриссена, Г.Тарьяна, Е.Херкенкофа, Е.Лилджа, Ф.Брина и других.

Сегодня особенно в связи со значительным обеднением перерабатываемого сырья и, следовательно, возросшими объемами его переработки большую актуальность приобретают интенсификация и дальнейшее

совершенствование гравитационного обогащения, применяемого как самостоятельно, так и в сочетании с другими процессами (флотацией, гидрометаллургией и др.).

Широкое применение имеет гравитационное обогащение оловосодержащих руд и россыпей. Однако эффективность его довольно низкая - извлечение олова достигает 50-80 %. Резервы повышения эффективности увязываются и в этом случае с большим извлечением олова из мелких классов [43,52,54].

Использование гравитации среди других видов обогащения, например, при добыче золота из различного минерального сырья в разных странах мира характеризуется следующими данными в %: при обогащении песков 100%;

при переработке золотосодержащих руд 20-25%; при попутном извлечении из полиметаллических руд 15-20% [14].

В связи с вовлечением в переработку россыпных месторождений, содержащих мелкодисперсное золото, неизвлекаемое традиционными способами и аппаратами (морские, прибрежно-морские, древние, техногенные россыпи, текущие хвосты обогащения и др.), значение обогащения гравитацией возрастает [20].

Гравитационное выделение золота в начале

технологической цепочки процесса на рудных золотоизвлекательных фабриках обеспечивает снижение его потерь с хвостами на 3-5% и получение богатых золотосодержащих концентратов [44].

Наиболее апробированный путь повышения извлечения металлов заключается в использовании гравитационных аппаратов на ранних стадиях обогащения [26].

Эффективность гравитационного обогащения зависит от крупности обогащаемых материалов. Традиционные аппараты удовлетворительно извлекают в потоке лишь зерна золота крупнее 0,20-0,25 мм. Мелкое же золото, особенно - 0,10 мм, содержание которого в обогащаемом сырье растет, извлекается ими неудовлетворительно [44].

Гравитационнное обогащение тонкозернистых материалов в обычных условиях неизбежно связано с низкой эффективностью и малой производительностью используемого аппарата. Малая масса разделяемых мелких зерен обуславливает проведение процессов гравитационного обогащения при небольших скоростях потоков и отсутствии турбулентного их перемешивания [38,42].

Обогащение золотосодержащих руд и песков осложняется к тому же и неблагоприятной пластинчатой формой зерен золота. Несмотря на сохраняющуюся высокой разницу в плотностях золота и минералов породы, гравитационное обогащение подобных материалов иногда становится вообще невозможным. Трудности извлечения мелкого золота из россыпей послужили в свое время основанием для ложного утверждения, что мелкого золота в песках нет или сдержание его столь незначительно, что извлечение невыгодно [23]. Однако работами последних лет установлено, что большое число россыпных месторождений все же имеет мелкое золото и содержание его достигает сотен миллиграммов на метр кубический исходных песков. Переработка таких россыпей с достаточно высоким содержанием мелкого золота в песках традиционными методами шлюзования и отсадки не соответствует современным принципам хозяйствования и приводит к снижению темпов золотодобычи и существенному удорожанию металла [38,48].

Основная причина низкого гравитационного извлечения зерен мелких классов - высокая турбулентность несущих потоков в аппаратах, приводящая к тому, что мелкие зерна начинают двигаться в потоке во взвешенном состоянии , не осаждаясь на улавливающие придонные устройства.

С ростом интенсивности силового поля скорости осаждения всех зерен в потоке увеличиваются, т.е. резко возрастает производительность аппаратов.

Необходимое условие центробежного обогащения рудных материалов в водной среде - наличие транспортного

(смывного) потока в направлении, не совпадающем с вектором силы центробежного поля.

При отсутствии смывного потока, также в том случае, если направление потока совпадает с вектором поля, разделение материала по плотности практически не происходит.

Создание центробежного поля в центробежных обогатительных аппаратах ( концентраторах и сепараторах ) принципиально может осуществляться двумя путями:

- тангенциальной подачей потока под давлением в закрытый (или открытый ) неподвижный цилиндрический (конический или иной формы ) сосуд - что характерно для гидроциклонов;

- закручиванием свободно подаваемого потока - стенкой вращающегося сосуда или вращающейся мешалкой внутри его - что характерно для центробежных сепараторов.

Эффективность разделения зерен по плотности во вращающемся потоке зависит от основных параметров: угловой скорости вращения (тангенциальной скорости вращающегося потока ); гидравлической крупности разделяемых зерен; скорости осевого ( продольного ) перемещения потока [45].

При большой интенсивности центробежного поля и малых осевых скоростях потока процесс переходит в режим осаждения и обогащения материала по плотности при этом прекращается. При высокой осевой скорости потока обогащение также нарушается из-за высокой транспортной способности потока (все зерна взвешиваются).

За последние 15-20 лет, когда проблема глубокого гравитационного обогащения материалов вновь стала

актуальной (и в первую очередь из-за экономических и экологических аспектов), в России и за рубежом появились десятки новых конструкций центробежных концентраторов как напорного , так и безнапорного типа.

В настоящее время на обогатительных фабриках используются центробежные концентраторы циклонного типа при обогащении углей, руд редких и благородных металлов и попутном извлечении благородных металлов из полиметаллических руд; центробежные сепараторы (центробежные концентраторы типа центрифуг) при обогащении песков золотосодержащих россыпей, вольфрам-и оловосодержащих руд, а также при переработке хвостов обогащения.

Актуальной задачей оказывается попутное извлечение золота из песчано-галечных отложений (в золотоносных районах) при производстве строительных материалов , песка, щебня, гравия. Подобные материалы характеризуются низким содержанием золота и малыми размерами его зерен (преимущественно -0,2 мм). Традиционные способы улавливания золота из таких материалов на шлюзах, винтовых сепараторах и других сепараторах обеспечивают извлечение на уровне 60 % [44]. Включение в технологическую схему промышленной установки центробежных сепараторов, по данным С.Я.Горюшкиной и В.П.Небера, обеспечило не только резкое повышение (до 95%) извлечение золота, но и сократило объемы доводочных операций, поскольку степень сокращена материала в центробежных сепараторах достигала 120 ООО раз.

Исходя из вышеизложенного можно определить актуальность данной работы, идею и задачи.

Актуальность: в настоящее время в связи со значительным обеднением перерабатываемого сырья и возросшими объемами его переработки наибольшее распространение получает гравитационный способ обогащения как один из высокопроизводительных, дешевых и экологически чистых, но при этом следует отметить, что не все гравитационные аппараты обеспечивают высокую степень извлечения ценного компонента. Однако отсутствие детальных исследований в этой области и системных нучных изысканий делают актуальными исследования в области создания научных основ интенсификации гравитационного процесса извлечения мелкого золота с использованием центробежных полей. В данной работе рассмотрена возможность использования центробежных полей для интенсификации гравитационного процесса извлечения мелкого золота, что позволяет уменьшить потери извлекаемого компонента и соответственно повысить степень извлечения мелкого золота.

Идея: использование гравитационных процессов в центробежном сепараторе для повышения степени извлечения мелкого золота при обогащении россыпей - применение обогатительного модуля ПРО-2 для извлечения мелкого золота в комплексе с ПБШ-40.

Задачи:

1 ^систематизировать классификацию гравитационных (в том числе и центробежных) обогатительных аппаратов с целью определения наиболее перспективных для применения при обогащении россыпных месторождений;

2.)рассчитать центробежные силы и силы сопротивлений, действующие на частицы различной крупности в центробежном сепараторе с целью выяснить как влияют эти

силы на минеральные зерна одного итого же класса крупности и на зерна различных классов крупности;

3.)рассчитать конечные скорости движения частиц в центробежном сепараторе под действием центробежных сил и сил сопротивлений;

4.)на основании произведенных расчетов и полученных результатов и, анализируя классификацию гравитационных аппаратов, обосновать применение обогатительного модуля ПРО-2 в комплексе с ПБШ-40 с целью повышения качества извлечения мелкого золота при снижении его себестоимости.

1. ОБЗОРНАЯ ЧАСТЬ - ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СПОСОБОВ ОБОГАЩЕНИЯ ПРИ ИЗВЛЕЧЕНИИ МЕЛКОГО ЗОЛОТА

Рассматривая обогащение полезных ископаемых, как процесс разделения смеси минеральных зерен на продукты, обладающие тем или иным общим признаком, мы с целью разделения в области обогащения вообще рассматриваем лишь физические свойства минералов, подвергающихся разделению.

Среди физических методов, дающих возможность подобного разделения, одним из важнейших является использование разностей в скоростях движения минеральных частиц в той или иной среде. Движение минеральных частиц в среде может происходить под влиянием различных сил, но первенствующую роль, с одной стороны, будут играть: вес частицы (ее масса), величина или объем и форма; с другой -те, которые создаются самой средой, т.е. гидро-или аэродинамические силы, действующие на частицу [3,40]. Средой для разделения служат жидкости или газы, и разумеется, что практически для гидравлических процессов обогащения лучше всего используется вода, а для пневматического обогащения - воздух [25].

Масса частицы определяется ее объемом и плотностью того вещества, из которого она состоит. Последнее дает нам возможность разделения по плотности в тех случаях, когда минералы, входящие в состав данного полезного ископаемого, обладают различной плотностью.

Такое разделение по существу является процессом обогащения в тесном смысле, так как дает нам возможность получить чистые продукты, состоящие из зерен только одного минерала.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 КЛАССИФИКАЦИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ АППАРАТОВ

Процесс разделения по массе применяется и в том случае, когда ископаемое состоит из зерен одного минерала, обладающих одинаковой плотностью. Тогда разница в массе частиц дает нам возможность разделения по объему или собственно по крупности. Продукты, получаемые при этом, называются классами, а самый процесс - классификацией [25].

Наконец, в некоторых случаях используются силы сопротивления среды в зависимости от формы минеральных частиц, что также может служить для отделения одного минерала от другого, т.е. обогащения, если минералы, входящие в состав полезного ископаемого, различаются своей формой.

Гравитационные процессы занимают одно из ведущих мест при переработке песков различного минерального состава. В аппаратах, в которых центробежная сила, действующая на тело в криволинейном потоке жидкости, во много раз больше, чем сила тяжести, разделение материала происходит главным образом под действием центробежной силы. В тех случаях, если центробежная сила и сила тяжести соизмеримы и сепарация происходит под действием обеих сил, обогащение принято называть центробежно-гравитационным.

Метод обогащения с использованием центробежных сил в последнее время приобретает в промышленности все большее значение. Целый ряд производственных и научно-исследовательских организаций, заняты разработкой и внедрением в производство центробежных аппаратов различных типов, например ЦНИГРИ, Тульский филиал ЦНИГРИ, ЗАО Тульская горно-заводская компания "Новые

технологии", ГИНЦВЕТМЕТ, АО "Промтехресурс", АО "Грант", АО "Прогресс", Механобр и другие.

Для интенсификации разделения по плотности тонкозернистых золотосодержащих материалов предложено использовать центробежное поле, развивающееся в гидроциклонах, дающее возможность резко увеличить скорость потока и соответственно производительность аппаратов [26]. Центробежное обогащение в напорных аппаратах впервые было реализовано при обогащении мелких углей.

Наиболее известными центробежными аппаратами с высокими факторами разделения являются гидроциклоны и центрифуги [5].

Центробежные концентраторы принципиально могут быть разделены на два типа:

-напорные циклонные аппараты для разделения мелкозернистых материалов;

-безнапорные аппараты-центрифуги (с малой интенсивностью центробежного поля) для разделения как грубозернистого так и мелкозернистого материалов.

1.1 .ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ АППАРАТЫ НАПОРНОГО ТИПА.

В настоящее время в связи со значительным обеднением перерабатываемого сырья и, следовательно, возросшими объемами его переработки наибольшее распространение получает центробежный способ обогащения как наиболее высокопроизводительный, дешевый и экологически чистый. Наиболее распространенными в последнее время при обогащении углей, руд редких и благородных металлов и попутном извлечении благородных металлов из полиметаллических руд являются центробежные концентраторы циклонного типа (гироциклоны).

Рекомендованные для центробежного обогащения тонкозернистых материалов короткоконусные гидроциклоны обладают достаточно высокой эффективностью обогащения золотосодержащих материалов и имеют к тому же в десятки раз более высокую производительность, чем концентрационные столы [10,27,34].

Для первичного гравитационного обогащения тонкозернистых продуктов, которые содержат золото крупностью менее 0,1 мм, возможно применение короткоконусных гидроциклонов с углом конусности 90° и 120°. По эффективности извлечения золота такой крупности эти аппараты могут заменять отсадочные машины и концентрационные столы. Извлечение золота в них достаточно высокое. Так как между размером гидроциклона и крупностью обогащаемого материала существует зависимость, то перед обогащением пески должны классифицироваться по крупности [15,35].

Интенсификация обогатительного процесса в циклонных аппаратах напорного типа в последние годы происходит путем совершенствования конструктивных элементов гидроциклонов, создания в аппаратах элементов, турбулизирующих придонную, плотную часть взвесенесущего потока, а также организации дополнительных силовых воздействий на разделяемую минеральную суспензию [5].

1.1.1 .Концентраторы циклонного типа .

В группе напорных аппаратов можно выделить центробежные концентраторы циклонного типа (короткоконусные гидроциклоны) и спиральные концентраторы, выполненные в виде полого закрытого спирального канала. Концентраторы циклонного типа имеют

цилиндрическую верхнюю часть, в которую под давлением тангенциально вводится суспензия на внутреннюю стенку. Данные аппараты кроме того можно разделить на две группы - классифицирующие и обогатительные [34].

Большинство исследователей считают, что в классифицирующем гидроциклоне образуются два вращающихся в одну сторону вихревых потока, один из них, занимающий основную часть аппарата, внешний нисходящий, второй - центральный восходящий (см.рисЛа). Это явление очень подробно рассмотрено профессором Лященко П.В. В цилиндрической части гидроциклона образуются два нисходящих потока: первый наружный пристенный, второй подкрышечный, движущийся по стенке сливного патрубка. Эти потоки не смыкаются друг с другом, не занимают всего объема цилиндра, они разъединены. На внешних границах этих нисходящих потоков вертикальные скорости жидкости равны нулю.

Основной нисходящий поток - пристенный. Глубина его, т.е. радиальная протяженность, достигает 0,311, где Я- радиус гидроциклона. Структура этого потока есть турбулентная структура затопленной придонной струи. Жидкость, имеющая максимальную скорость вблизи стенки (в месте ее подачи), увлекает в попутное движение лишь часть прилегающих слоев, остальные же слои жидкости этим потоком в нисходящее движение не вовлекаются. Конвективного радиального стока жидкости из пределов этого нисходящего пристенного потока в осевую центральную часть циклона ни в цилиндрической, ни в конической части гидроциклона не происходит. Граница раздела потоков весьма четкая. Однако по всей глубине этого потока существует диффузионное

турбулентное перемешивание жидкости, т.е. имеются радиальные скорости жидкости, но причины, порождающие их, иные - это скоростной характер потока, наличие больших градиентов скоростей, создающих турбулентность. Другой нисходящий поток, движущийся по стенке сливного патрубка, развит мало. Однако турбулентный характер его аналогичен: эллиптические турбулентные образования почти "лежат" по потоку. Глубина этого потока, а стало быть, и расход жидкости заметно больше при низких давлениях на входе и уменьшаются с ростом давления на входе. Восходящий приосевой поток образуется за счет поворота в низу конуса нисходящего пристенного потока жидкости вверх. Границами, определяющими область поворота, являются: с одной стороны, диаметр воздушного столба, а с другой -диаметр сливного патрубка. Однако внешняя граница этого потока имеет размер больше, чем диаметр сливного патрубка, т.е. часть жидкости из восходящего потока не попадает в сливной патрубок и проносится мимо сливного отверстия вверх - в цилиндр, образуя циркуляционный поток. Именно этот циркуляционный восходящий поток и существует в цилиндре в области между двумя нисходящими потоками. Характер скоростного поля восходящего потока отличается от такового нисходящего потока: во-первых, этот поток наиболее закручен в гидроциклоне; во-вторых, даже в отсутствие воздушного столба в потоке существует внутренняя граница. Это некая условная цилиндрическая поверхность радиусом около 0,65 радиуса сливного отверстия, за пределы которой (к оси) поток не распространяется; в-третьих, турбулентный характер восходящего потока сложен: во внутренней его зоне из-за сильного закручивания имеется

развитая изотропная мелкомасштабная турбулентность, которая создает большие касательные напряжения, и слои жидкости в ней действительно вращаются почти без сдвига, внешняя же зона восходящего потока размывается более крупными турбулентными образованиями. Наконец, осевые скорости в восходящем потоке различны, т.е. максимальные на границе с воздушным потоком и нулевые на внешней границе. Причем они нарастают по высоте от места поворота вверх до сливного отверстия. На основании изложенного можно утверждать следующее:

1 .)Разделение потока на слив и пески не происходит на некой условной поверхности с осевой скоростью жидкости, равной нулю (этих поверхностей две). Поток делится на слив и пески в месте поворота его в конусе. При этом не весь восходящий поток образует слив - часть потока уходит в циркуляцию. В слив уходит лишь поток , соосный сливному отверстию, никакого "подсоса" или эжекции жидкости в него из объема гидроциклона не существует. Естественно при этом считать, что подкрышечный поток весь попадает в слив;

2.)Не существует никакой средней турбулентности потока по всему объему гидроциклона. Турбулентности восходящего и нисходящих потоков индивидуальны [12,17].

Итак, разделение зерен по плотности в центробежном поле классифицирующего гидроциклона проявляется слабо и захватывает лишь зерна промежуточной крупности. В классах крупности, которые полностью переходят в песковый продукт, никакого обогатительного эффекта не наблюдается. Опираясь на представления о турбулентно-диффузионном характере движения зерен в гидроциклоне, можно сказать, что обогатительный эффект существует лишь для тех зерен,

размеры которых находятся в диапазоне между максимальным размером зерен в сливе и размером зерен, распределяющихся в гидроциклоне как "вода". Все остальные зерна независимо от размера и плотности не участвуют в классифицикационном процессе, а стало быть, и не подтверждены разделительному процессу (см.рисЛа и 16). Проявление обогатительного эффекта для части зерен в классифицирующих гидроциклонах хорошо известно из практики работы их в замкнутых циклах измельчения, особенно при подготовке руд с тяжелыми и достаточно мягкими ценными минералами, например галенитом, касситеритом, вольфрамитом. Этот недостаток, присущий, кстати, всем классифицирующим аппаратам, а не только гидроциклонам, приводит к тому, что мелкие свободные зерна тяжелых минералов вынужденно оказываются не в сливе (готовом для их извлечения продукте), а в песках, направляемых на повторное измельчение. Это неизбежно ведет к переизмельчению, ошламованию тяжелых минералов и является одной из самых серьезных причин последующих потерь их с хвостами. Хотя необходимо отметить, что соблюдается следующая закономерность - содержание твердого в суспензии, крупность и плотность твердых частиц увеличивается в направлении от оси гидроциклона к его стенкам и от сливного патрубка к песковому. Конечно, это слишком схематизированное и сугубо качественное представление о поведении суспензий в гидроциклонах. Согласно Г.Тарьяну, в гидроциклоне поверхности, на которых располагаются зерна равной крупности, являются коническими с несколько большим углом при вершине, чем у конуса самого гидроциклона.

Схема потоков в классифицирующем гидроциклоне

Заключение диссертации по теме «Физические процессы горного производства», Карунин, Сергей Борисович

Выводы.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1 ^Совокупность воздействия центробежных сил, формирование минеральной постели и влияние явления сегрегации частиц в условиях многократной перечистки послойнообразующегося концентрата в центробежных сепараторах типа ПРО-2 обуславливает высокое извлечение мелкого металла (до 98-99%);

2.)Установка ПРО-2 обеспечивает высокую степень сокращения материала - до 120 ООО раз, что способствует резкой интенсификации самого процесса выделения золота, резко уменьшает затраты на доводку концентрата и снижает трудоемкость этой операции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной задачи доизвлечения мелкого золота из хвостовых продуктов обогащения существующих промывочных приборов и аппаратов и предложено научно-методическое обоснование использования центробежных полей для интенсификации гравитационного процесса извлечения мелкого золота.

Основные научные результаты и выводы сводятся к следующему:

1. Исследование гидродинамики потока минеральной суспензии во вращающемся сепараторе позволило определить, что процесс концентрации золота в центробежном сепараторе, имеющего форму вогнутой полусферы с вертикальной осью вращения, осуществляется в зоне минеральной постели, создаваемой концентрически расположенными кольцевыми нарифлениями под воздействием центробежных сил, усилий водного потока и сегрегации минеральных частиц .

2. Теоретические исследования основных принципов центробежного обогащения и расчет сил, действующих на минеральные частицы во вращающемся сепараторе, показали, что возникающая при вращении сепаратора центробежная сила при факторе разделения, равном 20, с различной степенью эффективности воздействует на зерна полезного компонента и пустой породы проб золотосодержащих россыпей, отличающихся широким диапазоном крупности, благодаря чему обеспечивается расслоение минеральной суспензии и концентрации золота.

3. Показано, что эффективность воздействия центробежных сил на частицы золота менее 0,1 мм резко снижается на 40-45 % из-за широкой классификации по крупности обогащаемой минеральной смеси, в то же время более узкая классификация по крупности разделяемых минералов значительно усложнит весь технологический процесс обогащения золотосодержащих россыпей потребует перестройки всего аппаратурного оформления, т.е. принципиально потребует перевооружения всей отрасли, что в настоящее время нереально, так как произойдет удорожание в сотни раз стоимости металла.

4.На примере использования действующего серийного оборудования типа промывочного прибора ПБШ-40 рекомендована установка обогатительного модуля ПРО-2, состоящего из двух центробежных сепараторов, работающих в программном непрерывном режиме, на хвостах прибора для доизвлечения мелкого золота, теряемого на шлюзовых приборах. Дополнительное извлечение такого золота может достигать 15-30%.

5.Доказано, что высокая степень сокращения на центробежном сепараторе резко снижает затраты на доводку получаемого концентрата, уменьшает объемы этих работ и полностью исключает ручной труд, а также обеспечивает экологически чистую обстановку в регионах. В целом всё это приводит к снижению себестоимости добытого металла и расширению сырьевой базы страны .

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Карунин, Сергей Борисович, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА

1.Андреева Г.С., Горюшкина С.Я., Небера В.П. Переработка и обогащение полезных ископаемых россыпных месторождений. Москва, Недра, 1992 г.

2.Андрее У.Ц. Равновесие и движение сферы в вязко-

пластинчатой жидкости. Доклады АН СССР. №4, т. 133, 1960

г.

3.Бадеев Ю.С. Структурно-механические свойства суспензий, применяемых в практике обогащения руд и влияние их на характер движения тел. Сб.научных трудов ин-та Механобр. Ленинград, 1962.

4.Борц М.А., Гольдин Е.М., Каминский B.C. Принципы расчета осадительных центрифуг для угольной промышленности. М.: Недра, 1966 .

5.Горюшкина С.Я. Исследование гидродинамики потока минеральной суспензии для целей концентрации золота в центробежном сепараторе с вертикальной осью вращения. ЭИ ВИЭМС. Серия: Лабораторные и технологический исследования и обогащение минерального сырья. М.,1975, №6, с.1-12.

6.Горюшкина С.Я., Лифшиц А.И., Андреева Г.С. Методические указания по технологическому опробованию россыпей. 4.1. Лабораторная обработка большеобъемных проб с целью определения содержания различных технологических категорий золота. МГРИ. М. 1976 г.

7.Горюшкина С.Я., Лопатин А.Г. Использование метода центробежной сепарации при обработке проб золотосодержащих россыпей в процессе проведения геологоразведочных работ. Тр.ЦНИГРИ, 1972. вып. 102.

8. Горюшкина С.Я., Лопатин А. Г. Эффективность центробежного метода обогащения при обработке различных

по вещественному составу золотосодержащих проб. Тр.ЦНИГРИ, 1974., вып. 111.

9.Замятин О.В., Лопатин А.Г., Санникова Н.П. Обогащение золотосодержащих песков и конгломератов. М. Недра. 1979 г. Ю.Зеленов В.И., Калашникова Т.М., ШтриневаЗ.М. Использование гидроциклонов для извлечения золота при обогащении руд. Бюл."Цветная металлургия", №10, 1967 г. П.Кизевальтер Б.В. Теоретические основы процессов гравитационного обогащения .М.: Недра, 1979 г. 12.Косой Г.М., Ширяев A.A., Шохин В.М. Определение поверхности реверсирования потоков жидкости и размеров воздушного столба в вихревом гидроциклоне. Механобрчермет и Магнитогорский горно-металлургический комбинат. Иркутск , 1973 г.

1 З.Кузнецов A.A., Кутепов A.M., Терновский И.Г. Гидродинамические параметры конического гидроциклона. В кн.: Исследование и промышленное применение гидроциклонов. Горький, ГИСИ, 1980.

14.Лифшиц А.И., С.Я.Горюшкина, А.С.Ильницкий, Мельников М.С. Оснвные принципы и новая техника обработки проб золотосодержащих песков в процессе проведения геологоразведочных работ. В кн.: Обогащение руд и песков благородных металлов. М.Наука, 1971. с. 141-149.

15. Лопатин А.Г. Применение короткоконусных гидроциклонов в качестве высокопроизводительных аппаратов для обогащения золотосодержащих руд и песков. Бюл.Цветная Металлургия, №21, 1967, с.16-17.

16.Лопатин А.Г. О механизме гравитационного обогащения в гидроциклонах с водной средой. Обогащение руд, вып.З, Иркутск, 1975, с. 19-27.

П.Лопатин А.Г. Центробежное обогащение руд и песков. М. : Недра, 1987 г.

18.Лопатин А.Г. Форма зерен россыпного золота и влияние ее на скорость свободного падения золотин в водной среде. "Тр.ЦНИГРИ", 1973, вып. 107, с.90-111.

19.Лопатин А.Г., Гирдасова З.М., Разработка технологической схемы для полного выделения свободного золота из проб золотосодержащих песков. Тр.ЦНИГРИ, 1971, вып.97.

20.Лопатин А.Г., Гирдасова З.М., Демина H.H. Анализ формы нахождения и методов извлечения свободного золота из песков элювиально-делювиального месторождения. "Тр.ЦНИГРИ", 1972, вып. 102, с.75-80.

21. Лопатин А.Г., Горюшкина С.Я. Гравитационные методы обогащения в практике обработки геологоразведочных проб россыпей. Обогащение руд. Межвузовский сборник. Вып.2. Иркутск, 1974.

22.Лопатин А.Г., Демина H.H. О классификации россыпного золота по курпности в связи с оценкой его извлечения гравитационными методами. В кн.: Новые технологические средства для обработки проб при опробовании россыпей на золото и олово. Тр.Геолфонда РСФСР, М.1973, сЛ 11-120.

23.Лопатин А.Г., Демина H.H. О форме зерен россыпного золота в различных классах крупности. "Тр.ЦНИГРИ", 1972, вып. 102, с.96-100.

24.Лопатин А.Г., Золин С.Н., Мельников М.С. Повышение эффективности обработки разведочных проб сильноглинистых песков на передвижных обогатительных установках .Тр.ЦНИГРИ. 1974, вып. 111.

25.ЛященкоП.В. Гравитационные методы обогащения. Гостоптехиздат. М.1940.

26.Маланьин М.И., Лифшиц А.И., Китаева М.С., Горюшкина С.Я., Опробование золотосодержащих россыпей. В кн.: Новые технологические средства для обработки проб при опробовании россыпей на золото и олово. Тр.Геолфонда РСФСР, М.1973, с.3-82.

27.Маньков В.М., Использование короткоконусных гидроциклонов для извлечения мелкого золота из песков. Иркут.ГосНИИ редк.цвет.мет., Иркутск, 1979 г.

28.Маньков В.М., Санникова Н.П. Повышение эффективности обогащения золотосодержащих песков в короткоконусных гидроциклонах. "Цвет.металлы" 1976, №4, с.87-89.

29.Мацуев Л.П. Влияние крупности песков на производительности шлюзов при обогащении россыпей. "Колыма", 1976, №10. с.25-26.

30.Недоговоров Д.И. Об эффективном способе извлечения мелких тяжелых частиц минералов и золота. "Цвет.металлы", 1974, №6, с.75-79.

31. Никулин А. И., Мельников М.С., Банников В.Ф., Тепленина Г.В. Технология обогащения золотосодержащих морских песков с применением новых аппаратов. "Тр.ВНИИПрозолото", 1976, вып.4, с.106-115.

32.Никулин А.И., Пронер A.A. Полупромышленные испытания технологии обогащения золотосодержащих песков с применением центробежных концентраторов. "Цветная металлургия", 1979, №23, с.29-32.

33.Плаксин И.Н., Классен В.И., Акопов М.Г., Литовко В.И. Исследование движения жидкости в гидроциклоне Сб."Вопросы теории гравитационных методов обогащения полезных ископаемых ". Госгортехиздат,1960 г.

34.Поваров А.Н. Гидроциклоны на обогатительных фабрик. М.Недра, 1978 г.

35.Полькин С.И. Обогащение руд и россыпей редких и благородных металлов.Москва. "Недра". 1987 г.

36.Сергеев Ю.А., Скобеев И.К., Лопатин А.Г. Влияние угла конусности на скорость движения жидкости и распределении материала в гидроциклоне. Межвузовский сборник "Обогащение руд". Иркутск, 1973 г.

37.Соломин К.В. Обогащение песков россыпных месторождений полезных ископаемых. "Науч.тр. Иргиредмета ", 1971, вып.23.с.202-218.

38.Стаханов Г.А., Лопатин А.Г., Недоговоров Д.И., Применение короткоконусных гидроциклонов для обогащения бедных золотосодержащих песков. "Тр.ЦНИГРИ", 1973, вып.107, с.115-116.

39.Тищенко Е.И., Тищенко М.Д., Коэффициент уплощен-ности золота в россыпях. "Разведка и охрана недр", 1974, №3, с. 52-54.

40.Тищенко Р.И. Гидравлика глинистых растворов. Азнефтеиздат, 1951 г.

41.Финкелыптейн Г.А. Шнековые осадительные центрифуги. М.: Госхимиздат , 1952 г.

42.Фоменко Т.Г. Гравитационные процессы обогащения полезных ископаемых. М. Недра, 1966 г.

43.Чугунов А.Д., Замятин О.В. Методика выбора технологии обогащения золотосодержащих песков на драгах. "Колыма", 1973, №3.с.21-23.

44.Шило H.A.Основы учения о россыпях. М.: Наука, 1981.

45.Ширяев A.A., Шохин В.Н., Давиденко В.Т., Новиков Ю.Г. К вопросу определения конечных скоростей падения зерен в

структурированных суспензиях. Межвузовский сборник №1, Обогащение руд. Иркутск, 1973 г.

46.Шорохов С.М. Технология и комплексная механизация разрабокти россыпных месторождения. Изд. 2-е переработ, и дополн. М.: Недра, 1973 г.

47.Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения .Москва, Недра, 1980 г.

48.Ямпольская М.Я., Курдяев Ю.И. Извлечение золота из бедных морских песков. "Колыма", 1979, №8, с.22-25.

49.Доводочный сепаратор ДЦС .Б.м., Механобр, 1970 г.

51.Передвижная обогатительная установка ПОУ-4М.Б.м., Механобр, 1970 г.

52.Справочник по разработке россыпей. М.: Недра, 1973 г.

53. А conference on cflasan placer mininy. Engng and Min.Journal. 1979 .v.180.№3, p.231-232.

54.Conwell C.N. Recovery of fine gold in a placer Operation. West.Min. 1981, v.54,№9, p.36, 38, 40.

55.Hydrocyclons improve gold recovery on dredge plants. World Mining. 198l.v.34, №7, p.49-50.

56.Базилевский A.M., Богданович A.B., Рудин В. А. Концентратор: A.C. 1503143 СССР//кл.В03В 5/74, 1987 г.

57.Биденко М.Ф., Бороздин Ю.Э., Шаманов A.A. Центробежный сепаратор: A.C. 968917 СССР//кл.В03В 5/32, 1980 г.

58.Богданов Е.И., Латкин A.C., Ковалев A.A. и др. Центробежный аппарат для разделения дисперсных материалов: A.C. 1529523 СССР//кл.В03В 5/32, 1988 г.

59.Богданович A.B., Зинде И.Н. Гравитационный сепаратор: А.С.897293 СССР //кл.ВОЗВ 5/00, 1980 г.

60.Брагин П.А. Концентратор: А.СЛ347241 СССР //кл.ВОЗВ 5/32,1985.

61. Брагин П.А. Концентратор:А.С.1390857 СССР //кл. ВОЗВ 5/32, 1986 г.

62.Брагин П.А. Центробежно-вибрационный концентратор: A.C. 1529522 СССР //кл.ВОЗВ 5/32, 1987 г.

63.Брагин П.А., Шадрин Ю.В. Центробежный концентратор: A.C. 1481994 СССР //кл.ВОЗВ 5/32, 1987 г.

64.Брагин П.А., Шадрин Ю.В. Центробежно-вибрационный концентратор: А.С.1403437 СССР //кл.ВОЗВ 5/32, 1984 г.

65.Лопатин А.Г., Дулов A.M. , Курочкин С.М. Центробежный сепаратор: A.C. 1513678 СССР //кл.ВОЗВ 5/32, 1988 г.

66.Мельников М.С., Никулин А.И., Копырин А.Н. и др. Центробежный сепаратор для доводки геологоразведочных проб: А.С.208587 СССР//кл.ВОЗВ 5/32, 1966 г.

67.Пономарев Г.М. Обогатительный орган концентратора: A.C. 1316138 СССР//кл.ВОЗВ 5/32, 1985 г.

68. Пономарев Г.М. Планетарный конентратор: A.C. 1343602 СССР//ВОЗВ 5/32, 1985 г.

69. Пономарев Г.М. Планетарный конентратор: A.C. 1457218 СССР//ВОЗВ 5/32, 1986 г.

70. Пономарев Г.М. Планетарный конентратор: A.C. 1405156 СССР//ВОЗВ 5/32, 1986 г.

71. Пономарев Г.М., Кривощеков Ю.В., Серебряков П.А. и др. Центробежный концентратор: А.С.1617725 СССР //кл. ВОЗВ 5/32, 1989 г.

72.Руднев Б.П., Тырышкин И.В., Рожков А.К. и др. Аппарат для гравитационного обогащения: А.С.1385369 СССР //кл.ВОЗВ 5/32, 1986 г.

73.Тихонов О.H., Гладков С.А., Ростиславский C.B. и др. Центробежный сепаратор: A.C. 1538331 СССР //кл.ВОЗВ 5/32,

1988 г.

74.Шаньков В.М. Центробежный сепаратор: A.C. 762262 СССР //кл.ВОЗВ 5/32, 1976 г.