Теоретические аспекты и практика получения и кондиционирования криолита

Библиографический список

1. Цыкин Р.А. Ресурсы золотоносности Южно-Енисейского горнорудного района // Сырьевые ресурсы Нижнего Приан-гарья: материалы науч.-практ. конф. Красноярск, 1997. С. 27-31.

2. Зеленов В.И. Методика исследования золото- и серебро-содержащих руд. М.: Недра, 1989. 206 с.

3. Пат. № 1788768, СССР, МПК С22В 3/04. Способ извлечения золота из золотосодержащих продуктов выщелачиванием / А.Д. Михнев, В.Я. Семенов, А.В. Нечепуренко, В.А. Гронь [и др.]. Заявитель и патентообладатель Красноярский институт цветных металлов. № 4910868/02; заявл. 12.02.1991; опубл. 27.01.1995. Бюл. № 3.

4. Михеев В.Г. Золотые руды Байкалид Нижнего Приангарья // Сырьевые ресурсы Нижнего Приангарья: материалы науч.-практ. конф. Красноярск, 1997. С. 38-40.

5. Михнев А.Д., Гронь В.А., Коростовенко В.В. Текстурно-структурные особенности некоторых золотосодержащих руд Нижнего Приангарья и их переработка // Сырьевые ресурсы Нижнего Приангарья: материалы науч.-практ. конф. Красно-

ярск, 1997. С. 36-38.

6. Гронь В.А., Михнев А.Д. Гидрометаллургическая переработка золотосодержащих руд Енисейского и ЮжноЕнисейского районов // Цветные металлы. 2001. № 2. С. 113-114.

7. Коростовенко В.В., Гронь В.А., Капличенко Н.М. Изыскание и оценка новых перспективных растворителей благородных металлов из глинистых труднообогатимых песков // Цветные металлы - 2012: материалы IV междунар. конгресса. Красноярск, 2012. С. 255-259.

8. Коростовенко В.В., Гронь В.А., Степанов А.Г. Возможности переработки золотоносного труднообогатимого глинистого сырья // Техника и технология. Красноярск: Изд-во СФУ, 2012. № 5 (7). С. 771-776.

9. Коростовенко В.В., Гронь В.А., Капличенко Н.М. Особенности вещественного состава золотосодержащих руд Енисейского и Южно-Енисейского районов и опробование способов их переработки // Цветные металлы - 2011: материалы III междунар. конгресса. Красноярск, 2011. С. 255-259.

УДК 620.17: 669.13

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ И ПРАКТИКА ПОЛУЧЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ КРИОЛИТА

© Б.И. Зельберг1, К.С. Ёлкин2, В.Г. Григорьев3, В.А. Бычинский4, В.А. Ершов5

1ООО «Спецстройинвест»,

664003, Россия, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 20, оф. 302. 2ООО «РУСАЛ ИТЦ»,

660111, Россия, г. Красноярск, ул. Пограничников, 37, строение 1. 3ОАО «СибВАМИ»,

664007, Россия, Иркутск, ул. Советская, 55. 4Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1а.

5Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

В отечественном производстве используются «мокрые» (или гидрохимические) методы получения фтористых солей. Вместе с тем «сухие» (термические) методы, исключающие участие воды в процессах синтеза, позволяют избежать ее негативного влияния при последующей подготовке и использовании фтористых солей в электролизе алюминия. В настоящей работе исследовано взаимодействие натриево-алюминиевых фторидов с основными технологическими компонентами, на основе которых разработаны термические методы получения технического криолита. С этой целью был выполнен комплекс научных работ, который включал исследования на деривато-графе системы Паулик (скорость нагрева образцов 10 град/мин, навеска - 1,0 г) и высокотемпературную рентгенографию конденсированных фаз на установке ДРОН-1 с приставкой ГПВТ-1500. Одновременно с записью термогравиметрических кривых производился количественный анализ газовой фазы методом ИК-спектроскопии. В опытах применяли регенерационный криолит, высушенный при 110-115°С, фазовый состав которого (%): №зЛ!Рб - 45,7; ГАКН - 36,0; N82804 -18,3.

Ключевые слова: алюминиевая промышленность; кондиционирование; криолит; твердофазные процессы.

1Зельберг Борис Ильич, генеральный директор, тел.: 83952200441, e-mail: spstinv@gmail.com Zelberg Boris, CEO, tel.: 83952200441, e-mail: spstinv@gmail.com

2Ёлкин Константин Сергеевич, начальник отдела кремния, тел.: 89069729925, e-mail: k.yolkin@mail.ru Elkin Konstantin, Head of the Silicon Department, tel.: 89069729925, e-mail: k.yolkin@mail.ru

3Григорьев Вячеслав Георгиевич, генеральный директор, тел.: 839522915О0, e-mail: info@sibvami.ru Grigoriev Vyacheslav, CEO, tel.: 83952291500, e-mail: info@sibvami.ru

4Бычинский Валерий Алексеевич, старший научный сотрудник, тел.: 89025130180, e-mail: val@igc.irk.ru Bychinskiy Valery, Senior Researcher, tel.: 89025130180, e-mail: val@igc.irk.ru

5Ершов Владимир Александрович, кандидат технических наук, зав. кафедрой автоматизации производственных процессов, тел.: 89025122701, e-mail: v.ershov@mail.ru

Ershov Vladimir, Candidate of technical sciences, Head of the Department of Automation of Industrial Processes, tel.: 89025122701, e-mail: v.ershov @mail.ru

THEORETICAL ASPECTS AND PREPARATION AND CONDITIONING PRACTICE OF CRYOLITE B.I. Zelberg, K.S. Elkin, V.G. Grigoriev, V.A. Bychinskiy, V.A. Ershov

Spettsstroiinvest LLC,

20 Krasnogo Vosstaniya St., Office 302, Irkutsk, 664003, Russia. RUSAL ITTS LLC,

37 Pogranichnikov St., bld.1, Krasnoyarsk, 660111, Russia. SibVAMI JSC,

55 Sovetskaya St., Irkutsk, 664007, Russia. Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS, 1a Favorsky St., Irkutsk, 664007, Russia. Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

Domestic production uses "wet" (or hydro-chemical) methods of fluoride salts production. However, "dry" (thermal) methods that exclude the participation of water in the synthesis process allow to avoid its negative influence under subsequent preparation and use of fluoride salts in the electrolysis of aluminum. This paper studies the interaction of sodium-aluminum fluorides with basic technological components on the basis of which the thermal methods of technical cryolite production have been developed. With this objection in mind a complex of researches was performed. It included the studies employing the derivatograph of the Paulik system (the heating rate of samples is 10 deg/min, sample weight -1.0g) and high temperature x-ray diffraction of condensed phases on DRON-1 installation with the GPVT-1500 attachment. Concurrently with the recording of thermogravimetric curves a quantitative analysis of the gas phase by the method of IR-spectroscopy was carried out. A regeneration cryolite dried at 110-115°C with the phase composition(%) of Na3AlF6- 45,7, sodium hydroalumocarbonate- 36,0, and Na2SO4 - 18,3 has been used in the experiments. Keywords: aluminum industry; air conditioning; cryolite; solid-phase processes.

Промышленное применение твердофазного метода производства криолита осуществлялось при помощи использования шихты фторидов натрия и алюминия в электролизном производстве. Их взаимодействие начинается при достаточно низких температурах 430-450°С. Применение крупнокристаллического криолита гарантирует сокращение потерь фтора в газовую фазу.

Взаимодействие сульфата натрия в системе натриево-алюминиевых фторидов

Известно, что первичный технический криолит содержит сульфаты в виде Na2SO4, вторичный криолит -в виде двойной соли NaF-Na2SO4 (шайрерита). В табл. 1 [9] приведены обобщенные результаты исследований взаимодействия криолита различного криолитово-го отношения (КО) и его смесей с сульфатом натрия.

Основные характеристики дериватограмм смеси сульфата натрия с криолитом

Таблица 1

КО криолита Потеря массы, мг Процессы в образцах

1 2 3 4 5

индивидуальный криолит

1,5 - 700 745 965 - 38,0 1 - полиморфное превращение криолита (560°С); 2 - плавление эвтектики хиолит - АlFз (692°С); 3 - перитектическое разложение хиолита (735°С); 4 - окончательное расплавление образца

1,6 - - 735 960 - 38,0

1,75 557 - 735 960 - 38,0

2,0 557 - 735 980 - 28,0

2,2 567 - 745 980 - 20,0

2,5 570 - 740 980 - 16,0

смесь криолита с сульфатом натрия

1,5 540 - 627 755 900 35,0 1 - полиморфное превращение сульфата натрия (241 °С); 2 - полиморфное превращение криолита (560°С); 3 - плавление эвтектической смеси в системе NaF-AlFз-Na2SO4; 4 - перитектическое разложение хиолита (735°С); 5 - окончательное расплавление смеси

1,6 540 - 642 755 900 32,0

1,75 540 557 627 760 910 26,0

2,0 540 662 645 760 980 20,0

2,2 540 557 645 - 980 20,0

2,5 540 662 637 - 985 8,0

Примечание. Первичный криолит, производимый на криолитовых заводах, имеет крупность на 60-90% менее 28 мкм и только 1-2% более 50 мкм. Применение такого криолита неизменно приводит к повышенному пылевому уносу при загрузке в электролизеры. Получаемый на алюминиевых заводах регенерационный криолит содержит в своем составе гидроалюмокарбона-ты и сульфаты натрия. Номера термических эффектов в таблице соответствуют процессам в образцах.

Из табл. 1 видно, что на дериватограммах криолита, содержащего сульфат натрия, появляется дополнительный эндотермический эффект при 627-642°С, вызванный плавлением эвтектической смеси. Присутствие сульфата натрия снижает температуру окончательного расплавления криолита, что объясняется взаимным влиянием составляющих в системе NaF-Л1Р3^а2804. Идентичность характера дериватограмм, практически одинаковое снижение массы и отсутствие других эффектов на кривой дифференциально-термического анализа (ДТА) образцов индивидуального криолита и его смеси с Na2S04 говорят о невозможности взаимодействия криолита (при всех КО) с сульфатом натрия как в твердых фазах, так и в расплавах. При 727-1127°С энергия Гиббса возможных реакций соответствует бесконечно малому парциальному давлению паров 803, что также свидетельствует об отсутствии взаимодействия натриево-алюминиевых фторидов с №2804. Тем не менее, в случае присутствия сульфата натрия совместно с фторсодержащи-ми компонентами криолитовое отношение электролита будет повышаться. Это требует дополнительного расхода фторида алюминия при корректировке состава электролита. Кроме того, Na2S04 с криолитом образует эвтектику, оказывая влияние на температуру его плавления в зависимости от КО.

Ранее было установлено, что содержание сульфатов снижается с 0,84 до 0,4% при высокотемпературной (750-1000°С) грануляции во вращающихся печах хвостов флотации электролитной пены и снижается с 0,62 до 0,33% при аналогичной термогрануляции шламов газоочистки электролиза алюминия [5]. Данные факты можно объяснить процессами, протекающими при термообработке отходов, содержащих натриево-алюминиевые фториды и до 20-50% углерода. Известно [2, 8], что в присутствии углерода сульфат натрия неизбежно восстанавливается до сульфита по реакции (1):

N828 04+0,5C=N8280з+0,502.

Образующийся сульфит натрия может взаимодействовать с натриево-алюминиевыми фторидами с образованием фторида натрия и глинозема в конденсированных фазах и соединений серы в газовой фазе по реакциям (2)-(5).

Na2S03+0,67Na3AlF6=4NaF+0,33Al203+S02;

N8280з+0,22N85Л!зF14=3,11 NaF+0,33Al20з+S02;

Na2S0з+0,16AlFз+0,25H20=0,5NaF+0,08Al20з+

+0,254H2S+0,75Na2S04.

Установлено, что взаимодействие сульфита натрия с любым из натриево-алюминиевых фторидов возможно при температуре выше 727°С. При этом для всех фторидов парциальные давления паров диоксида серы таковы, что реакции (1)-(5) будут протекать

до конца при температурах выше 1000°С. Суммарная степень окисления сульфита при неизотермическом нагреве до 1000°С составляет 92,3%. На кривой ДТА охлаждения полученного продукта отмечается характерный экзотермический эффект при 882°С, обусловленный кристаллизацией сульфата натрия.

На дериватограмме отмечается потеря массы образца, свидетельствующая о взаимодействии сульфита натрия в первую очередь с фторидом алюминия. Данное взаимодействие начинается при 390°С, протекает в два этапа и заканчивается при 630°С. Каждый из этапов выражен характерным экзотермическим эффектом при температурах 275 и 500°С, что говорит о преимущественном взаимодействии по реакции (5), имеющей экзотермический характер. Эндотермический эффект при 880°С обусловлен плавлением смеси. Потеря массы образца в интервале 630-1000°С, равная 20 мг и составляющая 6,1% от исходной массы, вызвана пирогидролизом и испарением получаемого фторида натрия, который с Na2S04 образуют эвтектику с температурой плавления 750°С.

Количественный расчет кривой ДТА в температурном интервале до 700°С показал, что с фторидами сульфит натрия на 16,5% реагирует по схеме (4) и на 83,5% по схеме (5). Рассчитанные термодинамические характеристики уравнений отвечают данным термогравиметрии и ранее выполненным расчетам - суммарная реакция экзотермична и ее константа равновесия является средней из констант частных реакций (4) и (5).

Взаимодействие криолита с гидроалюмокар-бонатами натрия

Одним из путей повышения качества регенераци-онного криолита является термическое разложение ГАКН, например, путем его прокалки во вращающихся печах [10]. Вместе с тем механизм и динамика термического разложения ГАКН в смеси с криолитом отличаются от таковых для индивидуального ГАКН [3]. Это дает большое эндотермическое отклонение линии ДТА, которое заканчивается только при 500-600°С, когда основные превращения в образце уже завершены. Потеря массы образцов начинается при 40-50°С, причем применение отсоса газообразных продуктов реакции существенно изменяет динамику процесса. В интервале 40-200°С происходит десорбция воздуха и испарение адсорбированной влаги. Максимум скорости, который равен 2,5-13,5 мг/(г-мин), приходится на 118-150°С, после чего десорбция завершается и потеря массы независимо от условий процесса составляет 36 мг (эффект линии ДТА при 160°С).

При температуре 200°С с принудительным отсосом газов и 240°С при отсутствии такового начинается удаление СО2 и Н2О, входящих в состав ГАКН, которое протекает с переменной скоростью до температуры 550-600°С, где потеря массы составляет 19,0-19,2%, а СО2 - 10,8% от массы исходной навески. Мольное отношение Н2О/СО2, выделившихся из криолита, равно 1,04; это говорит о том, что в данных образцах ГАКН имеет состав Na20•Al203•2C02•2H20, что подтверждается рентгенофазовым анализом. Разрушение кристаллической структуры ГАКН начинается

при температуре 160°С и заканчивается при 270°С, о чем говорит изменение линии рентгеновского спектра (С/п=5,7А).

В отличие от индивидуального ГАКН разложение его в составе криолита сопровождается более интенсивным выделением СО2 [9]. Это является следствием того, что углекислый натрий, образующийся в результате разложения ГАКН, вступает во взаимодействие с криолитом по реакции (6):

2Na3AlF6+0,67Na2CO3=6NaF+0,5Al2O3+0,67CO2.

Термогравиметрическое исследование реакции показало, что при стехиометрическом отношении реагентов процесс протекает с эндотермическим эффектом в температурном интервале 420-600°С (степень превращения реагентов составляет 0,9). По данным рентгенофазового и кристаллооптического анализов в результате взаимодействия (6) в твердых фазах образуется р-оксид алюминия и фтористый натрий. Согласно схеме разложения ГАКН [6], углекислый натрий взаимодействует с оксидом алюминия, что отражается эндотермическим эффектом с вершиной при 640-680°С.

На термо- и рентгенограммах обнаружен в незначительных количествах при температурах 370-575°С (линия с1/п=2,95 А), когда скорость его образования невелика и существенно ниже, чем скорость реакции (6). Совокупность данных фактов говорит о том, что взаимодействие углекислого натрия с А1203 не является доминирующим, и углекислый натрий, образующийся при разложении ГАКН, реагирует преимущественно с криолитом. При этом реакция начи-

нается при температурах около 400°С, а образующийся фтористый натрий и Р-А1203 хорошо идентифицируются при температуре 435°С и выше (при 435-575°С обнаружены Y- и а-формы оксида алюминия).

Эндотермические эффекты в температурном интервале 250-400°С вызваны в основном испарением воды. Регистрируемый тепловой эффект составляет 335 Дж/г ГАКН, при этом тепловые затраты на испарение - 323 Дж. Характер эффектов и температуры экстремумов тождественны аналогичным эффектам индивидуального ГАКН [1]. Эндотермический эффект в температурном интервале 420-520°С вызван взаимодействием углекислого натрия с криолитом. Эндоэф-фекты при 745 и 845°С обусловлены плавлением эвтектики NaF - Na2SО4 и окончательным плавлением смеси в соответствии с диаграммой состояния системы Na3AlF6 - NaF - Na2S04 - На рис. 1, 2 представлены скорость и степень удаления газообразных компонентов ГАКН (а - отношение количества удаленного соединения к исходному количеству) [4].

Из рис. 1, 2 видно, что удаление воды из ГАКН протекает в температурном интервале 200-300Х в одну стадию с максимумом скорости равной 0,45 мин-1 при 290Х. Удаление протекает в две стадии, причем начало второй соответствует полному удалению воды (2 моля) и 1 молю [7]. Максимальная скорость удаления на первой стадии составляет 0,27 мин-, на второй - 0,1 мин-1. Таким образом, для полного удаления Н2О и СО2, входящих в состав ГАКН в криолите, необходимая температура равна 500°С при продолжительности процесса 10-15 мин.

Рис. 1. Политерма скорости удаления СО2 (1) и Н2О (2) из регенерационного криолита

Рис. 2. Степень удаления СО2 (1) и Н2О (2) из регенерационного криолита

Взаимодействие фторида алюминия с карбонатом и фторидом натрием

Технологический анализ процесса отвечает следующим уравнениям реакций:

0,67AlFз+Na2COз=2NaF+0,33Al2Оз+CО2;

1,33А^3+№2С03=0,67№эА^6+0,67А!203+ СО2;

2АlFз+ЗН2О=Аl2Оз+6НF;

Na2C03+2HF=2NaF+H20+C02;

3Na2CО3+4AlF3+H2О=1,33NaэAlF6+2NaF+

+1,33Al2О3+3CО2+2HF.

На рис. 3 и 4 видно, что независимо от условий проведения процесса взаимодействие фтористого алюминия с углекислым натрием начинается при температуре около 300°С и заканчивается при 850°С, где предельная степень взаимодействия (а) составляет 0,95-0,97. Поскольку максимальный выход С02 не превышает 30 см3/мин в составе всего выделяющегося газа (общий выход 100 см3/мин), влияние внешне-диффузионных факторов на процесс полностью устранено.

Рис. 3. Комплексограмма спекания фторида алюминия с углекислым натрием: кривые с индексом 1 получены в условиях неподвижной газовой фазы; с индексом 2 - при выносе газообразных продуктов из зоны реакции

Рис. 4. Скорости взаимодействия фторида алюминия с углекислым натрием Результаты рентгенофазового анализа продуктов реакции реагентов*

Таблица 2

Т,°С Твердая фаза Т,°С Твердая фаза Т,°С Твердая фаза Т,°С Твердая фаза Т,°С Твердая фаза

480 AlF3, Na2CO3, NaF 580 NaF, AIF3, Na2CO3 680 NaF, Na2CO3, AlF3 780 NaF, Na2CO3, A1F3, a-Al2O3 1000 NaF, Na3AIF6, a-Al2O3

* Результаты анализа продуктов реакции расположены в порядке уменьшения содержания в твердой фазе.

Несомненный интерес представляет изучение возможности синтеза криолита путем твердофазного взаимодействия реагентов. Дериватограмма показала, что в целом процесс протекает аналогично рис. 3. Однако всплеск скорости процесса при 700°С выражен не столь отчетливо, и взаимодействие заканчивается при 720-740°С, где степень превращения равна 0,95. Рентгенофазовый анализ спеков, полученных при нагреве со скоростью 10 град/мин до заданных температур, показал, что образование криолита зарегистрировано при температурах выше плавления смеси (табл. 2).

Как показал кристаллооптический анализ, в спеке образуются псевдоморфозы, причем кристаллы А1203 растут на поверхности частиц фтористого алюминия, а кристаллы фтористого натрия - на поверхности частиц №2С03 (10). Таким образом, углекислый натрий, присутствующий в смеси с А!Р3, сдвигает равновесие пирогидролиза (9), а образующийся в результате оксид алюминия экранирует А!Р3, поэтому образование криолита невозможно пока шихта не расплавится и оксид алюминия не растворится.

В заключение отметим, что опытные испытания

использования шихты подтвердили данные выводы. При использовании шихты при пуске алюминиевых электролизеров на ИркАЗе потери фтора были снижены на 2-3% против традиционного варианта пуска с использованием технического криолита. В последующем технология отрабатывалась в варианте использования данной шихты для питания алюминиевых электролизеров. При этом шихта наносилась на глиноземную корочку электролизера равномерно по всей его длине и обязательно укрывалась слоем глинозема.

Вариант кондиционирования регенерационного криолита термическим способом испытан в опытном цехе АГК по производству криолита из отработанной футеровки алюминиевых электролизеров. При испытаниях перевода режима сушки регенерационного криолита в режим прокалки выше 400°С за счет разложения ГАКН содержание фтора было увеличено от 40 до 45%. Результаты данного исследования нашли также применение при разработке технических решений по оптимизации технологического баланса в процессе электролиза [1].

Статья поступила 16.06.2015 г.

Библиографический список

1. Исследование влияния технологических факторов на температурные характеристики электролитов при производстве алюминия / И.А. Сысоев, В.А. Ершов, Ю.В. Богданов,

B.В. Кондратьев // Вестник ИрГТУ. 2010. № 2 (42).

C. 193-198.

2. Исследования и разработка рецептуры наномодифициро-ванного чугуна для ниппелей анодов алюминиевых электролизеров / В.В. Кондратьев, А.О. Мехнин, Н.А. Иванов, Ю.В. Богданов, В.А. Ершов // Металлург. 2012. № 1. С. 69-71.

3. Кондратьев В.В., Шахрай С.Г. Исследования и разработка предложений по оптимизации аэродинамических параметров систем газоудаления от электролизеров Кандалакшского и Богословского алюминиевых заводов // Вестник ИрГТУ. 2011. № 6 (53). С. 91-98.

4. Перспективы применения нанотехнологий и наноматери-алов в горно-металлургической промышленности / В.В. Кондратьев, Н.А. Иванов, Э.П. Ржечицкий, И.А. Сысоев // Вестник ИрГТУ. 2010. № 1 (41). С. 168-174.

5. Промышленные испытания опытных электролизеров с обожженными анодами при повышении силы тока с 300 до 330 КА / Ю.В. Богданов, Б.И. Зельберг, А.В. Книжник, В.В. Кондратьев, В.Г. Григорьев // Цветные металлы. 2009.

№ 2. С. 47-50.

6. Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В. Экологическая и экономическая эффективность переработки растворов газоочистки и фторуглеродсодержащих отходов производства алюминия // Экология и промышленность России. 2011. № 8. С. 28-31.

7. Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В., Шахрай С.Г. Сульфат натрия при производстве алюминия: проблемы и перспективы // Вестник ИрГТУ. 2011. № 8 (55). С. 148-154.

8. Технологические решения по энергосбережению и снижению капиталоемкости систем газоудаления и газоочистки алюминиевых производств / В.В. Кондратьев, В.Н. Николаев, Э.П. Ржечицкий, М.В. Корняков, А.Д. Афанасьев // Металлург. 2013. № 9. С. 27-30.

9. Утилизация фторсодержащих отходов алюминиевых заводов путем внедрения технологии получения низкомодульного регенерационного криолита / С.А. Соболев, Э.П. Ржечицкий, Л.С. Козлова, В.В. Кондратьев, В.Г. Григорьев // Экология и промышленность России. 2009. № 5. С. 38-42.

10. Шахрай С.Г., Кондратьев В.В., Белянин А.В. Энерго- и ресурсосбережение в производстве алюминия: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2014. 146 с.

УДК 622.372

ДИФФУЗИОННАЯ И ГРАВИТАЦИОННАЯ ТЕОРИИ ВЗВЕСЕНЕСУЩИХ ПОТОКОВ ГРАВИТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

© А.И. Карлина1

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Изучены основные теории распределения взвешенных зерен в потоке, которые основываются на принципе турбулентной диффузии. Рассмотрены два теоретических исследования обогащения полезных ископаемых: диффузионная и гравитационная теории взвесенесущих потоков. Проэкспериментирован поток гидросмеси в горизонтальных круглых прямых трубах. Представлено дифференциальное уравнение движения зерна. Практически выявлено, что в снимаемом со шлюзов касситерите содержится до 15% фракции мельче 0,2 мм, доказательством тому служит практика работы шлюзовых промывочных аппаратов.

Ключевые слова: гравитационное обогащение; взвесенесущие потоки; теоретические исследования; экспериментальные работы; гипотезы; диффузионная теория; гравитационная теория.

DIFFUSION AND GRAVITATIONAL THEORIES OF SUSPENSION-CARRYING FLOWS OF MINERAL GRAVITY

SEPARATION

A.I. Karlina

Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The basic theories of suspended grains distribution in the flow, which are based on the principle of turbulent diffusion are examined. Consideration is given to two theoretical researches of mineral concentration: diffusion and gravitational theories of suspension-carrying flows. A flow of slurry is tested in horizontal circular straight pipes. A differential equation of grain motion is given. The operational practice of air lock washers demonstrate that the cassiterite removed from the locks contains up to 15% of fraction smaller than 0.2 mm.

Keywords: gravity separation; suspension-carrying flows; theoretical researches; experimental work; hypotheses; diffusion theory; gravitational theory.

В целях повышения эффективности извлечения золота из золотоносного сырья были проведены исследования в области достижения условий потоков, полностью насыщенных наносами. Рассмотрим поток гидросмеси в горизонтальных круглых прямых трубах.

Если транспортирующая жидкость - вода, а транспортируемый материал - твердые частицы с удельным весом большим, чем удельный вес воды, то твердые частицы будут стремиться двигаться в слоях воды вблизи дна потока. При некоторых малых скоро-

1 Карлина Антонина Игоревна, аспирант, тел.: 89501201950, e-mail: karlinat@mail.ru Karlina Antonina, Postgraduate, tel.: 89501201950, e-mail: karlinat@mail.ru