Моделирование процесса центробежной сепарации золотосодержащего минерального сырья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.08, кандидат технических наук Романченко, Артем Анатольевич

• Романченко, Артем Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Романченко, Артем Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБОГАЩЕНИЯ В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ БЕЗНАПОРНЫХ АППАРАТАХ.

1.1.Принцип обогащения в центробежных безнапорных аппаратах.

1.2.Теоретические основы обогащения в центробежных аппаратах.

1.3.Кинетические закономерности процесса обогащения и механизм сепарации в центробежных безнапорных аппаратах.

Г.4.Факторы, влияющие на обогащение в центробежных сепараторах.

ВЫВОДЫ.

2. ДИНАМИКА ДВИЖЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИЦЫ В ДВУХФАЗНОМ ПОТОКЕ БЕЗНАПОРНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО СЕПАРАТОРА С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ РАЗРЫХЛЕНИЕМ МАТЕРИАЛА ВОДОЙ.

2.1. Расчет траектории движения минеральной частицы в центробежном поле в двухфазном потоке.

2.2. Учет наличия твердой фазы в питании и ячейках сепаратора.

Формулировка задачи экспериментальных исследований.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ, КИНЕТИКИ И МЕХАНИЗМА СЕПАРАЦИИ ШЛИХОВЫХ МИНЕРАЛОВ В ЦЕНТРОБЕЖНОМ АППАРАТЕ С РАЗРЫХЛЕНИЕМ МАТЕРИАЛА ВОДОЙ.

3.1. Определение влияния от расхода разрыхляющей воды на количество материала различных фракций в ячейке центробежного аппарата.

3.2.Экспериментальное определение соотношения и гранулометрического состава тяжелых и легких минералов в ячейке центробежного аппарата.86 3.3.Определение влияния расхода разрыхляющей воды и крупности исходного питания на содержание тяжелых фракций в концентрате центробежного аппарата.

3.4,Определение времени формирования минеральной постели в ячейке центробежного аппарата для различных фракций тяжелых и легких минералов.

3.5. Закономерности заполнения ячеек центробежного аппарата твердыми частицами.

З.б.Экспериментальное определение распределения твердых частиц в центробежном аппарате с разрыхлением материала водой.

3.7. Фотосъемка распределения твердых частиц в ячейке центробежного сепаратора с разрыхлением материала водой.

3.8. Сопоставление расчетных и практических данных по устойчивости потока в центробежном аппарате.

3.9.Механизм сепарации в центробежном аппарате с разрыхлением материала водой. выводы.

4. расчетное определение уровня извлечения золота, по вещественному составу золотосодержащих продуктов и оптимизация работы центробежных сепараторов.

4.1. Программная реализация алгоритма вычисления траектории движения минеральной частицы в двухфазном потоке обогатительного центробежного аппарата.

4.2.0пределение уровня извлечения свободного золота.

4.3. Результаты использования математической модели на практике.

4.4. Технологическая схема переработки высоко глинистых золотосодержащих песков.

4.5. Технологическая схема рудной золото извлекающей фабрики.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование процесса центробежной сепарации золотосодержащего минерального сырья»

Гарантия экономического процветания любого государства -наличие на его территории полезных ископаемых.

Россия по своим природным запасам находится на первом месте в мире. Увеличение количества добываемых полезных ископаемых в России за счет вовлечения в переработку новых месторождений - это, прежде всего, разработка отечественных обогатительных технологий, сравнительно дешевых и высоко эффективных. В последнее время этому принципу развития отрасли уделяется много внимания.

Внедрение эффективных технологий, процессов и аппаратов, позволяющих извлекать труднообогатимые формы полезных ископаемых, возможно при условии развития в этом направлении фундаментальных исследований.

Новый подход к решению этих проблем осуществлен в работах Плаксина И.Н., Ревнивцева В.И., Богданова О.С., Полькина A.A., Чантурия В.А., Леонова С.Б., Тихонова О.Н., Авдохина В.М., Самыгина В.Д.

Одним из первых методов обогащения полезных ископаемых является гравитационное обогащение, который всегда будет оставаться актуальным, так как извлечение тяжелых минералов данным способом дешевле, экологически чище и в последнее время может конкурировать с другими процессами по обогащению тонко вкрапленных и окисленных РУД

Изучением поведения твердых частиц в гравитационных полях занимались Ричарде Р.Х., А. Таггард, Лященко П.В. и другие. Ими предложены различные формулы и методы для нахождения конечной скорости падения минеральных частиц в водной среде в свободных и стесненных условиях. Все эти расчеты справедливы для гравитационных методов обогащения, таких как отсадка и обогащение в потоке жидкости текущей по наклонной плоскости.

Большой вклад в изучение теоретических основ и практики применения гравитационных методов обогащения внесли Фоменко Т. Г., Благов И. Ф., Кизевальтер Б. В., Шохин В.Н., Замятин О.В., и другие.

Дальнейшим развитием гравитационных процессов является использование центробежных сил. В центробежных безнапорных обогатительных сепараторах накладываемое на минеральные частицы центробежное ускорение интенсифицирует процесс разделения по плотности.

Центробежные аппараты позволили расширить область применения гравитационных процессов в обогащении полезных ископаемых. Но в то же время центробежное обогащение является сложным процессом, огромное количество факторов играют существенную роль на поведение частиц тяжелых минералов в центробежных сепараторах. К ним относятся: плотность, крупность, гранулометрический состав и форма частиц питания и частиц ценного компонента, а также период обогащения, интенсивность центробежного поля, гидродинамические характеристики потока жидкой фазы и способ разрыхления материала на поверхности расслаивания.

Большой вклад в изучение процессов, протекающих в центробежных безнапорных сепараторах, внесли Лопатин А.Г. и его ученики. Ими описаны форма свободной поверхности жидкости в центробежных аппаратах, разработан расчет ускорения частицы на поверхности обогатительной центрифуги, а также исследованы кинетика и механизм сепарации в данных аппаратах.

Одно из последних исследований в области центробежного обогащения принадлежит Богдановичу А. В., который предложил новый метод расчета конечной скорости падения минеральных частиц в центробежном поле.

К зарубежным исследователям, внесшим один из самых ощутимых вкладов за последнее время в изучение извлечения золота, кинетики и условий его обогащения в центробежных аппаратах, относится А. Лаплант, работающий в Канаде.

Появившиеся в последнее время центробежные сепараторы используют дополнительное разрыхление материала водой, для достижения высокого извлечения более тонких классов тяжелых минералов и максимального времени обогащения.

Данные аппараты имеют более сложную конструкцию, форму рабочей поверхности, высокоскоростное течение, высокое центробежное поле, что приводит к усложнению описания процессов, происходящих в них.

На сегодняшний день теоретическое представление о поведении твердой и жидкой фаз в центробежном аппарате носит поверхностный характер. В существующих моделях движения частиц не учтен сложный неоднородный характер движения жидкости, распределение и характеристики твердых частиц в ячейках центробежного аппарата и их влияние на скорость двухфазного потока.

Актуальность таких исследований обусловлена тем, что высокоскоростной двухфазный поток в центробежном аппарате, использующем дополнительное разрыхление материала водой против действия центробежной силы, вызывает интересные эффекты распределения твердых частиц по плотности и крупности в зонах их концентрации, которые остаются неизученными по сегодняшний день.

Знание закономерностей распределения твердой фазы в ячейке центробежного сепаратора, детальное описание динамики движения двухфазной среды при действии центробежной силы и силы гидродинамического давления имеют большое значение для выбора оптимальных режимов работы центробежных сепараторов и создания эффективных схем обогащения.

Цель работы. Создание математической модели численного определения скорости и траектории движения минеральной частицы в двухфазном потоке в безнапорном центробежном сепараторе, в зависимости от вещественных характеристик исходного питания, ценного компонента и режимов работы центробежных аппаратов.

Определение качественных и количественных характеристик распределения твердой фазы в ячейке центробежного сепаратора, зависимости наполнения минеральной постели твердыми частицами и механизма сепарации минералов.

Создание методов расчета оптимальных режимов работы центробежных сепараторов.

Методы исследования. Математическое моделирование, с численным решением на ЭВМ.

Работа выполнена с использованием экспериментальных, аналитических и математических методов исследований, которые включают в себя: проведение экспериментов на лабораторном и полупромышленном центробежных аппаратах, использующих принцип разрыхления материала водой; изучение вещественного состава продуктов обогащения; фотосъемка материала в зоне сепарации центробежного аппарата.

Научная новизна. Впервые построена математическая модель, позволяющая численно рассчитать и построить траекторию движения минеральной частицы в двухфазном потоке, образующемся в безнапорном центробежном сепараторе с учетом накопления в нем твердых частиц.

Установлен механизм концентрации и распределения минеральных частиц в центробежных безнапорных аппаратах с разрыхлением материала водой в зависимости от их крупности, плотности.

Получены закономерности образования зон концентрации тяжелых минералов от их содержания, крупности и количества разрыхляющей воды.

Создана методика проведения численного эксперимента на ЭВМ по определению оптимальных параметров пульпового потока, позволяющая определить траекторию движения минеральной частицы в центробежном сепараторе и оценить вероятность ее попадания в концентрат или хвосты.

Разработаны новые методы оптимизации работы центробежных сепараторов с разрыхлением материала водой, определяющие уровень извлечения благородных металлов центробежными аппаратами и оптимальные условия для их обогащения.

На защиту выносятся. Математическая модель поведения твердой частицы в двухфазном потоке центробежного сепаратора. Качественная и количественная характеристика, кинетика и описание механизма сепарации твердых частиц в центробежном сепараторе, использующего принцип разрыхления материала водой.

Практическая значимость работы. Разработанная математическая модель позволяет прогнозировать результаты разделения в реальных центробежных аппаратах при изменении входных параметров потоков пульпы, изменения состава и свойств разделяемого материала. Позволяет определить оптимальные параметры сепарации различного минерального сырья в центробежных концентраторах для возможности их применения в технологических схемах.

Результаты промышленного применения данной модели при оптимизации технологических схем рудной золотоизвлекательной фабрики ООО «Артель старателей «Западная» (республика Бурятия) и технологической схемы обогатительной установки в республике Гвинея АО «Северная корона» (г. Иркутск) позволили дополнительно получить 73 кг золота за период 1997-99гг.

Заключение диссертации по теме «Обогащение полезных ископаемых», Романченко, Артем Анатольевич

Основные результаты работы:

1) Показано, что существующая теоретическая база для центробежных способов обогащения в безнапорных сепараторах недостаточна для применения ее на практике.

2) Разработана математическая модель поведения твердой частицы в центробежном сепараторе, использующего принцип дополнительного разрыхления материала водой, учитывающая характеристики двухфазного потока материала и распределение твердой фазы в аппарате, конструкцию, режим работы аппарата, характеристики сырья и ценного компонента.

3) Изучены закономерности накопления и распределения твердых частиц различной плотности и крупности в сепараторах данного типа.

4) Установлен механизм сепарации минерального сырья в центробежных аппаратах под действием дополнительного разрыхления материала водой.

5) Создана методика определения оптимальных условий сепарации в центробежных аппаратах, позволяющая определить возможность их применения для различных типов месторождений, а так же выбрать оптимальные условия их работы.

6) Оптимизирована работа центробежных аппаратов на действующих золотоизвлекательных предприятиях. Экономический эффект от использования математической модели на практике составил 73 килограмма золота с 1997-99гг.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Романченко, Артем Анатольевич, 2000 год

1. Базилевский A.M., Кизевальтер Б.В. Расчет скорости стесненного падения частиц в потоке суспензии. Обогащение руд 1969.

2. Батчелор Д. Введение в динамику жидкости. М. Мир, 1973.

3. Богданович A.B., Разделение минеральных частиц в центробежных полях обогатительная технология будущего. М.'Торный журнал " 1997.

4. Богданович A.B., Коган Д. И., Некоторые закономерности разделения минеральных частиц в центробежном поле. Иркутск, Иргиредмет, 1995.

5. Белоцерковский О.М., Гущин В.А., Конынин В.Н. Метод расщепления для исследования течений стратифицированной жидкости со свободной поверхностью// ЖВМиМФ. 1987. - Т. 27.№ 4.

6. Брагин П.А. Механическое взаимодействие минеральной смеси с рабочими органами центробежно-вибрационных машин. Магадан, "Колыма" №3-1994.

7. Благов И.Ф., Коткин A.M., Фоменко Т.Г. Гравитационные процессы обогащения(теоретические основы). М. 1962.

8. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков. JL, Гидрометеоиздат 1962.

9. Забродский С.С., Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое. M.-JL, Госэнергоиздат 1969.

10. Изв. АН СССР. Серия геофизическая №2-1958.

11. Кизевальтер Б.В. Теоретические основы гравитационных процессов обогащения , М.: Недра, 1979, 296с.

12. Лева М. Псевдоожижение. М., Гостоптехиздат 1961.

13. Лопатин А.Г. Центробежное обогащение руд и песков. М. "Недра"1987.

14. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа М., Наука 1987.

15. Лукяненко В.М., Таранец A.B. Центрифуги Изд. "Химия" 1988.

16. Лященко П.В. Гравитационные методы обогащения. М.-Л., ОНТИ, 1935.

17. Макуров Л.З., Исследование центробежной сепарации полезных ископаемых в сепараторах с высоким критерием разделения. Д-р т.н. 1971.

18. Маньков В.М., Тарасова Т.Б. Информационная записка о научно-исследовательской работе. АО "Иргиредмет", Иркутск 1996.

19. Минц Д. М., Шуберт С. А. Гидравлика зернистых материалов. Изд.ком. хоз., М.-Л., 1955.

20. Михнев А.Д., Рюмин А. И. Отчет о научно-исследовательской работе. Красноярская государственная академия цветных металлов и золота, Красноярск 1995.

21. Никулин А.И., Файкин В. И. Исследования и промышленные испытания центробежных концентраторов в схемах обогащения золотосодержащих руд. Тр. ЦНИГРИ, вып. 176,1983.

22. Потемкин А. А. Компания Knelson concentrators-мировой лидер в производстве гравитационных центробежных сепараторов., М. : Горный журнал 5 1998

23. Розенбаум Р.Б., Тодес О.М., Стесненные падения в циллиндрической трубке. ДАН СССР т.15.-№3-1957.

24. Самылин H.A., Золотко A.A., Починок В.В., Отсадка, М., Недра 1976.

25. Темам Р. Уравнения Навье-Стокса. Теория и численный анализ. -М.: Мир, 1981.

26. Федотов К.В., Романченко A.A., Сенченко А.Е. Расчет скоростей гидродинамических потоков в центробежном концентраторе, М.: Горный журнал 5 1998.

27. Федотов К.В., Дудкин В.В., Романченко A.A., Сенченко А.Е Численное определение составляющих скорости потока жидкости в центробежных аппаратах . Обогащение руд 4. 1998.

28. Шкадов В. Я., Запрянов 3. Д. Течение вязкой жидкости. М.: МГУ, 1984.

29. Шохин В.Н., Лопатин А.Г., Гравитационные методы обогащения. М. "Недра"1980.

30. Шифрин К.С. Универсальная формула для скорости падения шара в жидкости. Щукин В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. М., Машиностроение ,1980.

31. Щукин В.В. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. М., Машиностроение, 1980.

32. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: в 2-х томах, М.: Мир, 1991.

33. Флетчер К. Численные методы на основе метода Галеркина. М.: Мир, 1988.

34. Центробежно-гравитационное обогащение углей. Сб. статей/ИОТТ. М., 1972.

35. Ancia Ph., Frenay J. Comparison of the Knelson and Falcon centrifugal separators/ University of Liege, Belgium 1997.

36. Laplante A., Comparative study of two centrifugal concentrators. Mc.gill University, Monreal 1989.

37. Laplante A., Liu L., Cauchon A., Gold gravity recovery at mill of les mines camchib inc., chibougamau, quebec. Presented at the 1990 Annual CMP Meeting.

38. Laplante A., The use of laboratory separator to study gravity recovery in industrial circuits., Ottawa 1992.

39. Laplante A., Buonvino M., A study the falcon concentrator. McGill University 1994.

40. Laplante A., Huang L., Harris G. В., Defining overload conditions for 7.6 cm Knelson concentrator by use of synthetic feeds. Mineral processing and Extractive metallurgy. May-August 1996.

41. Luis A. Meza Recovery of placer gold using the Knelson Concentrators. Colombia 1994.

42. Knelson В. V., Centrifugal concentration and separation of precious metal. Gold mining . November 1988.

43. Knelson В. V., The Knelson concentrator metamorphosis from crude beginning to sophisticated world-wide acceptance. Vancouver, Mineral engineering journal 1992.

44. Morse R.D. Fluidization of granular solids-fluid mechanics and quality. Ind. Eng. Chem, 41, 1949, № 6,p. 1117-1124

45. Fedotov K.V. XX International Mintral Processing Congress Germany 1997.

46. Белобородов В.И., Федотов К.В., Романченко А.А. Обогащение золотосодержащих песков с высоким содержанием глин. Горный журнал. 1998-№5, с 49-52.

47. Романченко А.А., Жиряков А.С., Колычев П.И. извлечение золота из продуктов обогащения полиметаллических руд. Горный журнал. 1998-№5, с 68-71.

48. Леонов С.Б., Федотов К.В., Романченко А.А. Расчет скорости движения минеральной частицы в двухфазном потоке центробежного аппарата. II конгресс обогатителей стран СНГ, Москва, 1999г.

49. Леонов С.Б., Федотов К.В., Сенченко А.Е., Романченко А.А. Мобильная обогатительная установка для извлечения золота из эфельных отвалов промывочных приборов. II конгресс обогатителей стран СНГ, Москва, 1999г.

50. Федотов К.В., Романченко А.А., Сенченко А. Е. Попутное извлечение благородных металлов на полиметаллических обогатительных фабриках. II конгресс обогатителей стран СНГ, Москва, 1999г.

51. Леонов С.Б., Федотов К.В., Романченко A.A. Переработка лежалых хвостов Солнечного ГОКа. Сборник докладов «Плаксинские чтения», 1999г.

52. Леонов С.Б., Федотов К.В., Романченко A.A., Сенченко А.Е. Создание технологий для извлечения тонких фракций тяжелых минералов на основе определения механизма сепарации в центробежных концентраторах. Сборник докладов «Плаксинские чтения», 1999г.

53. Леонов С.Б., Федотов К.В., Сенченко А.Е., Романченко A.A. Извлечение труднообогатимого золота из песков техногенных россыпных месторождений с использованием центробежных методов обогащения. Сборник докладов «Плаксинские чтения», 1999г.

54. В технологическую схему обогатительной установки были внесены следующие изменения:

55. Организованна последовательная четырех стадиальная дезинтеграция и классификация исходных песков, с разделением по следующим классам крупности: 5 мм; 0,8мм; 0,15-0,2мм; 0,02мм.

56. Обогащение в центробежных концентраторах осуществляется раздельно на фракциях -0,8+0,2мм и -0,2+0,02мм.

57. Подобрана оптимальная плотность питания концентратора работающего на фракции -0,2+0,02мм (пески гидроциклона и сгустителя), что составило 35% твердого.

58. Давление разрыхляющей воды для обоих концентраторов установлено следующее: для аппарата работающего на грубозернистой фракции -5,5р81, для аппарата работающего на тонкой фракции Брей

59. Периоды обогащения для центробежных концентраторов определены по 8 часов.

60. После модернизации технологической схемы обогащения высоко глинистых песков месторождения «Параманга» извлечение золота в гравитационный концентрат по сравнению с предыдущей схемой увеличилось с 63% до 82% то есть на 19%.

61. За период с апреля 1997 года по октябрь 1999 года за счет улудшения технологической схемы и настройки центробежных концентраторов по методике Романченко Артема Анатольевича получено дополнительной товарной продукции 40 килограммов золота.

62. Генеральный директор АО «Северная корона»

63. В технологическую схему обогатительной фабрики были внесены следующие изменения:

64. Ограничен класс крупности питания для центробежного аппарата, установленного в цикле измельчения, с -5мм до -2мм.

65. Увеличена плотность питания концентратора,установленного на конечном продукте цикла измельчения ( 90% -74 мкм), с 15% твердого до 35%.

66. Давление разрыхляющей воды для обоих концентраторов установлено следующеедая первого аппарата брв^ для второго - 5рз1.

67. Периоды обогащения для центробежных концентраторов определены следующие: аппарат в цикле измельчения на крупности -2 мм 3 часа, аппарата на готовом классе - 4часа.

68. Результаты ежемесячного контрольного опробования показывают, что извлечение золота в гравитационный концентрат увеличилось с 75% до 87%.