Исследование процессов разделения минералов различной плотности в воздушно-песчаном потоке и разработка новых аппаратов пневмосепарации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование процессов разделения минералов различной плотности в воздушно-песчаном потоке и разработка новых аппаратов пневмосепарации

Специальность: 25.00.13. - Обогащение полезных ископаемых

А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ЛЕБЕДЕВ ИВАН ФЕЛИКСОВИЧ

Москва 2008

Работа выполнена в Институте горного дела Севера им. Н. В.Черского Сибирского Отделения РАН

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук Филиппов Виталий Егорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Самыгин Виктор Дмитриевич

кандидат технических наук Глинкин Владимир Анатольевич

Ведущая организация ООО «Берилл», г. Якутск

Защита диссертации состоится 25 июня 2008 г. В 16⁰⁰ в ауд. К-421 на заседании диссертационного совета Д212.132.05 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный технологический университет «Московский институт стали и сплавов» по адресу: 119049, г. Москва, Крымский вал, д.3.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 119991, Москва, Ленинский пр. 4, МИСиС

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Государственный технологический университет «Московский институт стали и сплавов».

Автореферат разослан ______ мая 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Т. А. Лобова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Основная масса существующих технологий обогащения минерального сырья характеризует использование больших объёмов воды. Для переработки и обогащения 1 м³ горной массы (руды и песков) в среднем используется 4-5 м³ технологической воды. Экономическая эффективность процессов обогащения во многом определяется удорожающими факторами производства, к которым относятся капитальные и эксплуатационные затраты на гидросооружения (водное хозяйство, хвостохранилища, природоохранные мероприятия) промприборов, обогатительных установок и фабрик.

В безводных регионах проблема эффективного обогащения полезных ископаемых становится ещё более острой. Для климатических условий Севера накладываются дополнительные сложности:

- весьма ограниченный календарный период традиционной промывки песков;

- высокая себестоимость обогащения руд за счет высоких затрат на капитальное строительство и эксплуатацию утепленных производственных объектов в зимних условиях.

В связи с этим, наиболее перспективным является использование в качестве среды обогащения воздуха. С одной стороны, такой метод как доводка шлихов, то есть их ручная отдувка, применяется уже более 150 лет, но до сих пор нет общепризнанного способа обогащения первичного материала полезных ископаемых высокой плотности путем использования воздуха вместо воды.

Вместе с тем, исследованиями установлено, что формирование крупнейших россыпных месторождений золота (Витватерсранд) происходило в условиях деятельности ветров. При этом особенностью эоловых россыпей является наличие высоких локальных концентраций металла на отдельных участках месторождения, которые в несколько раз превышают содержания металла в месторождениях, сформированных в аллювиальных или морских прибрежно-пляжевых условиях. Этот факт указывает на то, что в естественных условиях имеются предпосылки возможности концентрации золота в условиях перемещения воздушно-песчаных потоков. Следовательно, существует возможность разработки высокоэффективных пневматических устройств, позволяющих обогащать золотосодержащие материалы.

К настоящему времени пневматическое обогащение широко используется при обогащении минерального сырья с низкой плотностью, такого как асбест, уголь, слюда и т.п. Применительно к обогащению тяжелых минералов (золото, платина, касситерит) область пневматического обогащения весьма ограничена. Существующие модели малопроизводительны и используются только при доводке концентратов. Полностью отсутствуют высокопроизводительные пневмосепараторы для обогащения минералов средней плотности (алмазы, гранаты, циркон, ильменит и т.п.)

Таким образом, актуальность работы заключается в необходимости разработки эффективных пневматических методов обогащения для широкого освоения месторождений золота в условиях Севера и в безводных регионах с использованием сухого обогащения для минерального сырья средней и высокой плотности

Цель работы:

- разработка эффективных способов и устройств для обогащения минерального сырья высокой и средней плотности пневматическим способом.

Задачи исследования:

-изучить поведение минеральных частиц различной плотности и крупности в воздушно-песчаном потоке;

- исследовать влияние искривленных и вращающихся осадительных поверхностей на траектории перемещения частиц различной плотности под воздействием воздушного потока;

- определить наиболее рациональные условия пневматического обогащения минералов высокой и средней плотности.

Методы исследований: физическое моделирование, теоретическое обоснование процессов разделения минеральных частиц на новых аппаратах пневматичесой сепарации, изучение вещественного сотава продуктов сепарации на основе минерального, элементного спектрального анализов.

Достоверность полученных результатов работы основывается на использовании большого объема экспериментальных данных, их статистической обработки, современных методах анализа продуктов обогащения. обогащение минерал плотность поток

Научная новизна:

1. Установлен параметр, характеризующий миграционную способность минеральных частиц различной плотности в диапазоне крупности от 0,1 до 3 мм, подверженных действию воздушного потока, определяемый состоянием равновесия частицы на наклонной поверхности и зависящий от скорости потока и угла наклона, что позволяет определить условия эффективного разделения минералов по крупности и плотности;

2. Выявлены особенности перемещения частиц разной крупности и плотности в воздушно-песчаных потоках при скоростях менее их скорости витания, создаваемых в аэродинамических трубах разной конфигурации, выражающиеся в инициировании подъема легких частиц в воздушную среду и лавинообразного их перемещения в виде воздушно-песчаной смеси вследствие их активного взаимодействия, что позволило создать конструкции пневматических сепараторов (винтовой пневмосепаратор, пневматический сепаратор с чашеобразной рабочей камерой);

3. Установлено, что наиболее эффективные условия разделения минералов по плотности достигаются в винтообразной аэродинамической трубе, позволяющей создавать рациональную структуру воздушно-песчаного потока для разделения минералов по плотности с организацией непересекающихся траекторий противонаправленного движения легких и тяжелых минералов в поле действия гравитационных и центробежных сил.

Практическая значимость

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны пневмосепараторы принципиально новой конструкции, использование которых позволяет решить проблему применения сухого обогащения минералов высокой и средней плотности в промышленных масштабах.

2. Разаработанная конструкция пневмосепаратора ПОС-2000 опробована в промышленных условиях на месторождении «Одолго» (ООО С/а «Надежда») при обогащении золотосодержащих руд, и достигнуто извлечение золота 88,08%. Повышение эффективности и селективности разделения минералов высокой и средней плотности за счет применения новых установок, в частности, винтового сепаратора позволяет дополнительно сократить получаемые концентраты с удалением более плотных минералов из шлиха. Это позволит создать технологию с получением высококачественного концентрата, с ожидаемым расчетным выходом 0,26% при извлечении 93,4% допустимый для извлечения золота в традиционых схемах доводки концентратов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: республиканской конференции “Итоги геокриологических исследований в Якутии в ХХ веке и перспективы их дальнейшего развития” (Якутск, 2001); на Международной конференции “Драгоценные металлы и камни - проблемы добычи и извлечения из руд, песков и вторичного сырья” (Иркутск, 2001); на Международном совещании «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья» «Плаксинские чтения» (Чита, 2002); на научно-технической конференции «Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2003); на Международной конференции, посвященной к 60-летию Горно-геологического института ЗСФ АН СССР «Проблемы и перспективы развития горных наук» (Новосибирск, 2004); на Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспектива комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны» (Якутск, 2005); на Неделе горняка - 2007 (Москва, 2007).

Публикации. По результатам работы опубликованы 7 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, 14 тезисов и докладов в сборниках конференций и получены 3 патента РФ на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников. Диссертация имеет объем 110 страниц, включая 22 таблицы и 51 рисунок, список использованных источников состоит из 34 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен аналитический обзор литературы, в котором представлена существующая теоретическая база пневматичексого обогащения и практическое состояние сухих технологий обогащения различного минерального сырья. Дан анализ существующих отечественных и зарубежных аппаратов пневмосепарации.

В решение проблем, связанных с воздушной классификацией в технологии переработки полезных ископаемых большой вклад внесли выдающиеся ученые Г. К. Смышляев, В.И. Соболев, Н.Ф. Мясников, В. Кайзер, М. А. Эйгелес, В.Н. Шохин, В. Е. Филиппов, А. И. Матвеев и другие ученые и специалисты.

Анализ литературных источников показал, что научные исследования, в основном, касаются решения технологической задачи повышения эффективности обогащения существующих пневматических аппаратов. При этом практически все известные методы и аппараты пневматического обогащения копируют «мокрые» аналоги. Эффективность существующих методов и аппаратов пневматического обогащения весьма ограничивает их применение - областью обогащения минералов и материалов низкой плотности. Имеются только единичные случаи применения их в обогащении золота и аналогичных тяжелых минералов.

Прямых аналогов к предложенным в диссертации новых аппаратов пневмосепарации в практике обогащения минералов средней и высокой плотности не существуют, что подтверждается полученными патентами РФ.

Во второй главе приводятся результаты экспериментальных работ по исследованию скорости витания минеральных частиц различной плотности и крупности в воздушном потоке.

В практике обогащения полезных ископаемых в гидродинамической среде миграционную способность минеральных частиц оценивают через их гидравлическую крупность -- ГК, то есть конечной скоростью погружения частиц в жидкости.

Аналогичным показателем миграционной способности минеральных частиц в воздушном потоке является скорость витания частиц.

Экспериментальными работами на основе сравнения скорости витания частиц (СВ) с их гидравлической крупностью (ГК) установлено существование прямой корреляции между ними, что хорошо иллюстрируется графическим построением на рисунке 1, где приводятся результаты собственных экспериментов.



Рис. 1 Зависимость скорости витания минеральных частиц от их гидравлической крупности

Вместе с тем, проведенные экспериментальные работы по изучению поведения частиц золота различной крупности в воздушно-песчаном потоке в аэродинамических трубах разной конфигурации в зависимости от скорости потока и концентрации в нем песка (дебита песка) показали, что существуют сложности при определении миграционной способности частиц в потоке со скоростями в пределах их витания, т.е. волочением, где форма частиц играет важную роль.

В работе В.Е. Филиппова и др. (2002 г.) установлено, что ГК частиц при известной плотности зависит от формы частиц, а именно от толщины, другие параметры (длина, ширина) на ГК практически не влияют. Особое влияние толщины частицы на ГК объясняется тем, что частицы при установившемся режиме погружения рассекают жидкость своим наибольшим сечением, а их толщина с учетом плотности отражает усредненное удельное давление на жидкость.

Аналогичное явление наблюдается и в воздушной среде. В аэродинамической трубе с постепенно расширяющимся сечением диски парят ориентированные наибольшим сечением перпендикулярно направлению воздушного потока. При этом диски одинакового диаметра и плотности располагаются по высоте друг над другом, по мере уменьшения толщины, то есть по мере уменьшения скорости потока за счет постепенного расширения трубы. Следовательно, скорость витания частиц с одинаковой плотностью, как и их гидравлическая крупность, зависит в первую очередь от толщины частиц. Отсюда, относительную оценку СВ (миграционную способность в аэродинамической среде) частиц одинаковой плотности наиболее рационально определять через их толщину, принимая ее как наиболее важный параметр формы частицы.

Практика показывает, что разделение минералов по плотности в воздушной среде, особенно тяжелых частиц, имеет место в области значительно меньшей скорости витания.

Устойчивая возможность разделения минералов разной плотности из воздушно-песчаного потока позволила выявить новую характеристику миграционной способности частиц в воздушно-песчаном потоке.

С целью изучения миграционной способности минеральных частиц в воздушном потоке при скоростях меньших скорости витания частиц нами был сконструирован и изготовлен специальный стенд. Основным рабочим органом является аэродинамическая труба, изогнутая по окружности и градуированная от 0^О до 90^О (рис. 2).



Рис. 2 Схема стенда для изучения способности транспортировки частиц в условиях воздушного потока. 1 - отверстие, 2 - аэродинамическая труба, 3 - отверстие для подачи воздуха, 4 - дозатор песка, 5 - приемная воронка, 6 - сетка, 7 - вибратор

При проведении экспериментов установлено, что для каждой частицы имеется своя конечная скорость воздушного потока, при которой она отрывается от поверхности трубы и переходит в состояние витания, затем перемещается вертикально и выносится из трубы. Причем, на характер поведения частиц на изогнутой поверхности радиус кривизны практически не влияет.

Полученные данные при замере минералов различной плотности показывают отчетливую зависимость углов смещения (равновесное состояние частиц на кривой поверхности при заданной усредненной скорости потока) испытуемых частиц от величины скорости потока.

Графические построения показывают, что зерна различных минералов имеют свою характерную кривую зависимости величин смещения от скорости потока (рис. 3). Следовательно, эти кривые характеризуют их поведение в воздушном потоке. Причем, они отражают состояние частиц в динамике, то есть от начала страгивания их при малых скоростях и до перехода в состояние витания. В известных нам работах поведение частиц в воздушном потоке оценивается лишь одной величиной - СВ.

Угол смещения частицы на вогнутой осадительной поверхности аэродинамической трубы находится в квадратичной зависимости от скорости потока, что согласуется с общей закономерностью расчета силы давления потока на частицу от скорости.

Рис. 3 Зависимость угла смещения частиц от скорости потока

В случае логарифмирования и аппроксимации кривые преобразовываются в прямые (рис. 4). На основе этого выделен новый параметр миграционной способности частиц, который может быть использован для оценки возможности перемещения частиц волочением при скоростях менее СВ.

Эта величина предварительно определена нами как аэродинамическая крупность (АДК) минеральных частиц.

Определяется она по формуле:

где, v -- скорость потока в м/с; [] -- абсолютная величина угла смещения частиц, в градусах.

Рис. 4 Зависимость log угла смещения от скорости потока

Как видно из результатов, АДК каждой частицы является величиной постоянной и, в пределах точности измерения, не изменяется при различных скоростях потока вплоть до скорости витания частицы. Следовательно, если известна скорость витания частицы, можно определить её АДК, которая представляет собой частное log[90^О] от скорости витания частицы. При необходимости, появляется возможность определения скорости, при которой частица может преодолеть уклон заданной величины:

v=АДК_? log[90^О]_? log[]

Важность нового параметра АДК заключается в определении особенности миграционной способности частиц в воздушно-песчаном потоке с момента страгивания до момента витания, за которым происходит инициирование лавинообразного движения воздушно-песчаного потока, где и происходит разделение частиц по крупности и по плотности.

Для разделения минералов различной плотности в воздушно-песчаном потоке достаточно поднять в воздух одни легкие минералы для провоцирования движения более тяжелых минералов на осадительной поверхности пневматической обогатительной установки. В результате взвешенные частицы в потоке воздуха набирают соответствующую скорость и сами становятся носителем энергии, т.е. при столкновении с другими частицами перемещают их по направлению потока воздуха, при этом на поверхности наблюдается веерообразное движение частиц, где тяжелые минералы значительно отстают от легких минералов, и происходит последовательное разделение (обогащение).

Таким образом, в результате проведенных исследований определена новая миграционная характеристика минеральных частиц различной плотности, в зависимости от скорости воздушного потока, что является важным параметром при гравитационном разделении минералов в воздушной среде.

В третьей главе приведены результаты исследований по изучению поведения тяжелых минеральных частиц в условиях передува песчаного материала в прямоточных аэродинамических трубах разной конструкции.

Исследования по изучению поведения частиц золота в потоке воздушно-песчаной смеси проводилось на разработанном лабораторном стенде, с горизонтальной аэродинамической трубой с опускающимся днищем (рис. 5).



Рис. 5 Схема установки для моделирования механизма образования эоловых россыпей. 1 -- аэродинамическая труба прямоугольного сечения; 2 -- подвижное днище трубы; 3 -- песчано-гравийный материал; 4 -- вход воздушного потока; 5 -- выход воздушно-пecчаной смеси; 6 -- испытуемые частицы металла; 7 -- питатель песка с регулируемым дебитом

В ходе исследований изучались особенности перемещения частиц золота вдоль поверхности песчаного осадка в условиях воздушной эрозии (при поднятии днища) и в условиях накопления осадка от дебита песка (при опускании днища). Установлено, что перемещение и локализация частиц золота в ложе стенда происходит за счет воздействия многочисленных столкновений их с песчинками, влекомыми потоками воздуха.

В процессе работ нами разработаны и апробированы лабораторные модели для изучения поведения воздушно-песчаного потока в прямоточных аэродинамических трубах различной конструкции. Исследования показали, что вынос минералов из рабочей зоны сепарации в основном зависит от скорости потока воздуха и наклона трубы, а качество сепарации объемом остаточного песка и способа поддержания подвижности и разрыхленности постели.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований сепарации минеральных частиц высокой плотности в аэродинамических трубах разной конфигурации.

Первоначально в ходе исследований изучались поведения частиц разной плотности при обтекании вогнутого колена, вследствие которого выявлены траектории движения тяжелых и легких фракций.

На основе анализа принципа разделения минеральной смеси по плотности разработано несколько вариантов лабораторных пневматических сепараторов.

Результаты приведенных исследований по обогащению чугунного скрапа из песчаной смеси в пневматических моделях с вогнутым коленом, показали извлечение 69,82% и 85,75%. Степень концентрации близка к единице, что говорит о достаточно высокой степени и полноте улавливания.

В процессе исследования обнаружено, что при разделении тяжелых минералов из воздушно-песчаной смеси большую роль играет управление воздушным потоком в рабочей зоне пневматических моделей, что достигается использованием различных отсекающих устройств и конфигурацией самой аэродинамической трубы.

В пятой главе представлены результаты исследований влияния центробежных сил на эффективность разделения частиц по плотности и крупности, а так же обогащение минерального сырья в пневматических сепараторах с чащеобразной, и винтообразной рабочей камерой.

Влияние центробежных сил проводилось в ходе эксперментальных и промышленных испытаний первого отечественного пневмосепаратора ПОС-2000 (разработан в ИГДС СО РАН, г.Якутск) при обогащении измельченных рудных геоматериалов.

С учетом влияния центробежных сил на основе проведенных нами экспериментальных исследований процессов разделения минеральных частиц в воздушно и воздушно-песчаном потоке разработан, а затем модифицирован сепаратор с вращающейся рабочей поверхностью (рис. 6).

Экспериментальные исследования показали, что под воздействием силы Кориолиса, исходный материал распадается на отдельные потоки частиц в соответствии с их миграционной способностью в воздушно-песчаном потоке. На рисунке 7 показаны траектории движения частиц различной плотности на горизонтальной развертке рабочей поверхности чаши. По траектории а, совместно с воздушным потоком, переносится пылевидный материал. Песчаный материал низкой и средней плотности движется по траектории б и с. Минералы с высокой плотностью определенной крупности перемещаются по плотной спирали d. Более крупные из них движутся по искривленной траектории i не к кромке чаши, а по направлению к центру.

Благодаря определенной направленности траекторий движения частиц с различной плотностью, векторы движения выводимого легкого материала и тяжелого полезного компонента направлены под разными углами, что способствует повышению селективности.

На основе этого, для эффективного разделения минералов по плотности необходимо создание рифлей (углублений или порожек) на рабочей поверхности в виде спирали. При этом спирали должны закручиваться от кромки чаши к центру против направления вращения. Угол спиралей зависит от плотности частиц полезного компонента и меняется от искривлено-радиальной (для тяжелых минералов) до многоходовых спиралевидных углублений с плотно закрученными витками (для минералов средней плотности). Обусловлено это тем, что траектории движения частиц полезного компонента и направление углублений должны, в идеальном случае, пересекаться под прямым углом. Частицы полезного компонента попадают в углубления и вдоль них сползают в накопитель концентратора.



Рис. 6 Пневмосепаратор

Вращающаяся воронка 1, неподвижная воронка 2, патрубок нагнетания воздуха 3, отражатель воздуха 4, патрубок подачи исходного материала 5, емкость для сбора хвостов 6, патрубок вывода хвостов 7, патрубок разгрузки концентрата 8, выпускной клапан 9.

Рис. 7 Характерные траектории движения частиц различной плотности

Результаты изучения работы центробежного пневматического сепаратора показали, что благодаря вращению, материал на рабочей поверхности распределяется равномерно, поэтому не образуются песчаные завалы с вытекающими из этого негативными последствиями. Благодаря тому, что 60 - 70% работы на транспортировку обломочного материала перекладываются на центробежную силу, то есть на механические, становится возможным применение низких скоростей воздушных потоков при обогащении минералов высокой и средней плотности.

В результате проведенных исследований разработан новый вид пневматического сепаратора - винтовой, предназначенный для доводки чернового концентрата тяжелых минералов и обогащения полезных компонентов средней плотности.

Экспериментальное изучение поведения частиц на наклонной спирально закрученной полости показало, что перемещение их под воздействием потока воздуха снизу вверх сопровождается эффективным разделением по крупности и плотности. Наиболее легкие (а) из них прижимаются к внешней стенке спирали, более плотные частички (б) занимают место вблизи осевой винтовой линии, а самые тяжелые (в) сползают к внутренней стенке и, преодолевая сопротивление потока, опускаются вниз (рис. 8).

Рис. 8 Траектория перемещения частиц различной плотности по наклонной поверхности винтообразно закрученной полости

На основе анализа результатов экспериментальных работ и теоретических исследований возможности пневматического обогащения минеральных частиц различной крупности и плотности разработан пневматический винтовой сепаратор. На рисунке 9 показана схема винтового пневмосепаратор в разрезе.

Винтовой пневмосепаратор предназначен, в основном, для доводочных операций обогащения минералов высокой плотности, а также быть использован для обогащения минерального сырья средней плотности (алмазы, циркон, ильменит и др.).

Рис. 9 Схема винтового пневмосепаратора в вертикальном разрезе

Лабораторный винтовой пневмосепаратор представляет собой винтообразно уложенный аэродинамический канал 5. Внутренний диаметр витков составляет 60 мм, наружный - 300 мм. Шаг витков - 280 мм. Угол подъема винтовой линии по внутренней стенке составляет 77^О, а по внешней - 43^О. Желоб сверху закрыт крышкой. Площадь поперечного сечения рабочей полости составляет 29 см². В нижней части винтового желоба установлен патрубок для подачи воздуха 3, выше него -- патрубок 2 для подачи исходного материала в желоб. На нижнем срезе желоба установлен приемник концентрата 4, а на верхнем срезе желоба приемник хвостов 6.

Для испытания возможности обогащения минеральных частиц винтовым пневмосепаратором использовались минералы различной плотности и крупности. Результаты извлечения в винтовом пневмосепараторе и в лабораторном прямоточном пневмосепараторе приведены на графике (рис. 10). Так же винтовой пневмосепаратор рассматривался на возможность его применения в качестве доводочного аппарата для концентратов тяжелых минералов извлеченных центробежным пневмосепаратором.

Разработанный винтовой пневматический сепаратор благодаря высокой эффективности фракционного разделения минералов средней плотности (рис.10), прежде всего по плотности перспективен для применения в виде доводочного устройства для извлечения тяжелых минералов, а в перспективе для обогащения минералов средней плотности.

Рис. 10 Зависимость извлечения минеральных частиц от плотности. 1 - извлечение в винтовом пневмосепараторе, 2 - в лабораторном прямоточном пневмосепараторе

Одним из возможных вариантов применения пневматического обогащения является использование разработанных новых пневмосепараторов в схеме обогащения золотосодержащих песков месторождения Бат-Уул, Республики Монголия, расположенном в засушливом районе пустыни Гоби. Принципиальная технологическая схема обогащения песков разработана по заказу ОАО «Внешмет» (г. Москва) (рис. 11).

Исходные пески подаются на предварительную дезинтеграцию в барабанный грохот, материал крупностью +10 мм выносится в отвал, просеявшийся материал -10 мм направляется на вторичное грохочение в центробежный грохот (разработка ИГДС СО РАН), материал крупностью +2 мм направляется в отвал, класс -2 мм направляется на основное обогащение в пневматический сепаратор. Хвосты пневмосепаратора складируются, полученный сокращенный концентрат направляется на перечистку в винтовой пневмосепаратор. В дальнейшем концентрат отправляется на доводку в шлихообогатительную установку.

Расчет количественно-качественной схемы обогащения проведен на основе полученных экспериментальных данных в пневмосепараторе ПОС-2000, с учетом перечистки на винтовом пневмосепараторе по извлекаемости россыпного золота по классам крупности (табл. 1). Уровни извлекаемости золота по классам крупности на пневматическом сепараторе ПОС-2000 и на винтовом сепараторе являются примерно одинаковыми. Различие состоит в качестве получаемых концентратов. Винтовой пневмосепаратор позволяет более избирательно удалять в хвосты минералы средней плотности, за счет чего удается дополнительно сократить полученный в ПОС-2000 концентрат при минимальной потере золота в 0,6%.

Таблица 1

Содержание золота и извлекаемость его на пневмосепараторе ПОС-2000 по классам крупности

Класс крупности, мм	+2	-2+1	-1+0,5	-0,5+0,25	-0,25+0,1	-0,1+0
Содержание золота, %	1	4	19	48	22	6
Извлекаемость золота, %	100	100	98,5	96,5	92,4	57,2

Общее извлечение золота с учетом потерь золота на стадии грохочения по крупности 10 мм и 2 мм принятых в количестве 1,0% и 0,8% составит 93,4%.

Q - производительность, м³/ч

б - содержание, г/т

е - извлечение, %

Х - выход, %

р - распределение золота, г

Рис. 11 Технологическая схема установки сухого обогащения песков с производительностью 20 м³/ч

Выводы

1. Установлено, что скорость витания частиц прямо коррелируется с их гидравлической крупностью, а она в свою очередь зависит лишь от плотности и усредненной толщины частиц, все другие параметры (длина, ширина) на гидравлическую крупность практически не влияют. С учетом этого, относительную миграционную способность частиц в воздушном потоке можно оценивать через их гидравлическую крупность, где одним из важных параметров формы является усредненная толщина.

2. Выявлен механизм сепарации минералов разной плотности в аэродинамической среде, который обусловлен разной миграционной способностью перемещения минералов под воздействием воздушно песчаного потока, где существенную роль играют многочисленные столкновения песчинок друг с другом, влекомыми потоками воздуха.

3. На основе полученных экспериментальных результатов изучения поведения частиц в потоке на искривленной поверхности предложен параметр аэродинамическая крупность (АДК) позволяющий определить миграционную способность минералов при скоростях менее скорости витания (волочением).

4. Эффективность извлечения полезных компонентов достигается при управляемости структурой воздушно-песчаного потока за счет скорости подаваемого воздуха, дебита исходного песка, конфигурацией аэродинамической трубы; использования специальных отсекающих устройств для своевременного удаления легких минералов, разрыхленности и подвижности постели необходимой для постоянного накопления тяжелых минералов и перечистки при использовании центробежной силы.

5. На основе проведенных исследований установлено, что наилучшие результаты обогащения тяжелых минералов достигаются в центробежном пневматическом сепараторе, где центробежная сила способствует разгрузке легких минералов и многократной перечистке тяжелых фракций, за счет увеличения траектории перемещения материала на поверхности рабочей камеры сепаратора. Уровень извлекаемости граната (4,1 г/см³), ильменита (4,8 г/см³) от фонового песка (2,7 г/см³) на винтовом сепараторе по сравнению с прямоточным сепаратором увеличивается от 30,1% и 42% до 78,4% и 83,2% соответственно.

6. Разработан и апробирован винтовой пневматический сепаратор в лабораторном варианте (производительность 60 кг/ч), который весьма перспективен как доводочное устройство черновых концентратов тяжелых минералов и может быть использован для обогащения минералов высокой и средней плотности.

7. Пневмосепаратора ПОС-2000 с производительностью 6 т/ч, прошел опытно-промышленные испытания на месторождении «Одолго» (Амурская область) при обогащении золотосодержащих руд, и достигнуто извлечение золота 88,08%.

8. Разработана принципиальная технологическая схема установки обогащения золотосодержащих песков месторождения Бат-Уул (республика Монголия) с производительностью 20 м³/ч при ожидаемом расчетном извлечении золота 93,4%, интегрально рассчитанная установленным экспериментальным данным извлекаемости золота по классам крупности (таблица 1).

Основные результаты диссертационной работы представлены в публикациях

1. Филиппов В.Е., Лебедев И.Ф., Еремеева Н.Г. Поведение минеральных частиц в воздушно-песчаном потоке// Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ. 2001. №10. С. 231-234.

2. Филиппов В.Е., Лебедев И.Ф. Кинематика движения минеральных частиц в песчано-воздушном потоке на вращающейся параболической поверхности// Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ. 2002. №8. С. 186-188.

3. Филиппов В.Е., Лебедев И.Ф., Еремеева Н.Г. Зависимость гидравлической крупности тяжелых частиц со скоростью их витания// Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ. 2004. №7. С. 323-325.

4. Филиппов В.Е., Лебедев И.Ф., Еремеева Н.Г. Особенности перемещения минеральных частиц в жидкости по наклонной поверхности// Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ. 2004. №10. С. 314-318.

5. Филиппов В.Е., Лебедев И.Ф., Матвеев А.И. Технология извлечения минерального сырья в бассейне реки Вилюй// Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ. 2005. №1. С. 279-284.

6. Матвеев А.И., Лебедев И.Ф. Использование модульной рудообогатительной установки при геологическом крупнообъемном опробовании месторождения «Одолго»// Материалы международной научно-практической конференции В 2-х томах. Т.1. Нерюнгри, 2007. С. 335-339.

7. Филиппов В.Е., Гаврильев Д.М., Лебедев И.Ф. Поведение минеральных частиц в потоке на искривленной поверхности// Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ. 2007. №3. С. 368-371.

8. Филиппов В.Е., Гаврильев Д.М., Лебедев И.Ф. Отношение скорости перемещения частиц различной размерности к их гидравлической крупности// Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ. 2007. №6. С. 393-397.

9. Филиппов В.Е., Матвеев А.И., Лебедев И.Ф. Воздушная сепарация - перспективный метод обогащения в условиях криолитозоны// Исследования в Якутии в XX веке и перспективы их дальнейшего развития: Тез.докл. Республиканской науч.конф. 9-11 октября 2001 г. Якутск, 2001. С. 71-72.

10. Филиппов В.Е., Матвеев А.И., Лебедев И.Ф. Воздушная сепарация// Материалы 2-ой Международной научно-практической конференции. и выставки.- Иркутск, 2001. С. 56-58.

11. Филиппов В.Е., Лебедев И.Ф. Поведение минеральных частиц различной плотности в пневматических сепараторах// Материалы конференции молодых ученых и аспирантов. Якутск, 2002. с. 92.

12. Филиппов В.Е., Лебедев И.Ф. Поведение минеральных частиц на вращающейся рабочей поверхности пневмосепаратора // Матер. Междунар. совещания «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья»: Чита, 16-19 сентября. 2002 г. Москва-Чита, 2002. Ч.2. С. 117-120. (Плаксинские чтения).

13. Лебедев И.Ф., Матвеев А.И., Филиппов В.Е., Григорьев А.Н., Федосеев С.М., Винокуров В.Р. Результаты испытания пневмосепаратора ПОС-2000// Материалы Международной научно-технической конференции. Екатеринбург, 2003. С. 140-144.

14. Матвеев А.И., Филиппов В.Е., Григорьев А.Н., Лебедев И.Ф., Федосеев С.М., Винокуров В.Р. Крупнообъемное геологическое опробование с использованием оборудования модульной рудообгатительной установки// Материалы Международной научно-технической конференции. Екатеринбург, 2003. С. 509-512.

15. Филиппов В.Е., Лебедев И.Ф., Еремеева Н.Г. Способ оценки коэффициента извлечения россыпного золота// Материалы Международной научно-технической конференции. Екатеринбург, 6-10 июля 2004. С. 146-148.

16. Лебедев И.Ф., Филиппов В.Е., Еремеева Н.Г. Экспериментальные исследования по изучению возможности пневмосепарации минеральных частиц в лабораторных установках различного типа// Материалы Международного совещания.(Плаксинские чтения)- Иркутск 14-17 сентября 2004. С. 155-159.

17. Филиппов В.Е., Матвеев А.И., Лебедев И.Ф., Еремеева Н.Г., Слепцова Е.С. Пневмосепарация минеральных частиц// Проблемы и перспективы развития горных наук: Сборник Международной конференции. 1-5 ноября 2004 г. Новосибирск.

18. Лебедев И.Ф., Филиппов В.Е. Винтовой пневмосепаратор// Материалы Международной научно-технической конференции. Екатеринбург, 2004. С. 280-283.

19. Лебедев И.Ф. Пневматический метод обогащения в климатических условиях Севера// Сборник трудов Международной научно-практической конференции. т.3. Якутск, 2005. С. 17-19.

20. Лебедев И.Ф. Новая технология переработки минерального сырья в условиях Севера// Материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Улан-Удэ, 2006. С. 75-77.

21. Лебедев И.Ф., Филиппов В.Е. Результаты лабораторных исследований по обогащению минеральных частиц различной плотности и крупности// Материалы 4-й Международной научно-технической конференции Вып. 4. Красноярск, 2006. С. 342-346.

22. Патент № 2194581 РФ, 7 В 07 В 7/08 /Винтовой пневмосепаратор / Филиппов В.Е., Лебедев И.Ф., Матвеев А.И., Григорьев А.Н; заявл.11.01.2001; опубл.20.12.2002 // Изобретения Полезные модели. 2002. №35.

23. Патент №2188723 РФ, 7 В 07 В 7/08 /Пневмосепаратор / Филиппов В.Е., Лебедев И.Ф., Матвеев А.И.,Григорьев А.Н; заявл.11.01.2001; опубл.10.09.2002 // Изобретения Полезные модели. 2002. №25(ч.2). С. 348.

24. Патент № 2281809 РФ, В 03 В 7/00 / Рудообогатительный передвижной модульный комплекс / Матвеев А.И., Григорьев А.Н., Федоров Ф.М., Лебедев И.Ф., Винокуров В.Р., Львов Е.С; заявл.18.08.2004; опубл.10.02.2006.

Размещено на Allbest.ru

...