Акустическая технология дополнительного извлечения металла, в том числе из песков техногенных россыпных месторождений

ласти трещин, образующихся в минеральной матрице вследствие локального нагрева, порядка размера металлических включений.

Среди других вопросов требует дополнительного подробного рассмотрения

1. Чантурия В.А., Гуляев Ю.В., Лунин В.Д., Бунин И.Ж. и др. Вскрытие упорных золотосодержащих руд при воздействии мощных электромагнитных импульсов // Докл. РАН, 1999, Т.366, № 5, С.680-683.

2. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Лунин В.Д., Гуляев Ю.В. и др. Использование мощных электромагнитных импульсов в процессах дезинтеграции и вскрытия упорного золотосодержащего сырья // ФТПРПИ, 2001, № 4, С.955-106.

3. Chanturiya V.A., Gulyaev Yu.V., Bunin

I.J., Lunin V.D., Sedelnikova G.V. Non-traditional Higly Effective Breaking-up Technology for Resistant Gold-Containing Ores and Benefication Products // Proceedings: XXII International Mineral

Processing Congress, Chief Editors: L.Lorenzen and D.J.Bradshaw, Cape Town, South Africa, 29 September - 3 October 2003. Cape Town: Document Tras-formation Technologies, 2O03, V.1, PP.232-241.

4. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Лунин В.Д. Нетрадиционные методы дезинтеграции и вскрытия упорных золотосодержащих продуктов: теория и технологические результаты // Горный журнал, № 4, 2005, (в печати).

5. Месяц Г.А. Эктонный механизм пробоя твердых диэлектриков // Докл. РАН, 2004, Т.399, № 6, С.757-759.

6. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А. Т. Механизмы дезинтеграции минеральных

роль механизма нетеплового воздействия МЭМИ на минеральные комплексы, связанного с явлением поглощения электромагнитной энергии тонкими металлическими пленками или слоями с толщиной много меньшей скин-слоя [11-12].

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

сред при воздействии мощных электромагнитных импульсов // Известия АН. Серия. "Физическая", 2004, Т. 68, № 5, С.629-631.

7. Haque K.E. Microwave energy for mineral treatment processes - a brief review // Int. J. Miner. Process, 1999, V.57, № PP.1-24.

8. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Селективная дезинтеграция тонковкраплен-ных минеральных комплексов при высокоимпульсном воздействии // Известия АН. Серия. "Физическая", 2005, Т. 69, № 7, (в печати).

9. Галицкий В.М., Ермаченко В.М. Макроскопическая электродинамика. М.: Высш. шк., 1988, 159 с.

10. Абрикосов А.А. Введение в теорию нормальных металлов. М.: Наука,1972, 288 с.

11. Chanturiya V.A., Bunin I.J., Lunin V.D. Non-traditional Methods of Desintegration and Breaking-up of Mineral Complexes in Beneficiation and Hydrometallurgical Processes // Proceedings: XIX SCG Mineral Processing Symposium with International Participation. Theoretical and Practical Problems in Mineral Proccesing. Beograde, 2004, PP. 11-22.

12. Chanturiya V.A., Bunin I.J., Kovalev A.T. Mechanisms of disintegration of mineral media exposed to high-power electromagnetic pulses // Proceeding: The International Conference of Computational Methods, December 15-17, 2004, Singapore, P.30.

— Коротко об авторах

Чантурия В.А. - академик РАН, профессор, директор,

Бунин И.Ж. - кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, КовалевА.Т. - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник,

ИПКОН РАН.

--------------------------------------------------------- © С.А. Бахарев, 2005

УДК 622.7 С.А. Бахарев

АКУСТИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА,

В ТОМ ЧИСЛЕ ИЗ ПЕСКОВ ТЕХНОГЕННЫХ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Семинар № 19

нтенсивность проявления различий в свойствах минералов, обуславливающая эффективность протекания процессов обогащения, может быть значительно усилена при использовании акустических колебаний. Трудности при внедрении акустических технологий связаны с разобщенностью и недостаточностью сведений о физических аспектах, вызываемых акустическими колебаниями в 3-х фазных средах, а также недостаточной осведомленностью проектировщиков и инженерно-технических работников о возможностях нелинейной акустики. Рассматриваются 2 схемы обогащения, основанные на использовании шлюза с направленными излучателями акустических волн и акустического гидроциклона.

Процесс постоянного снижения качества горной массы и увеличения доли труднообогатимых руд, характерный для эксплуатируемых месторождений мира, в России выражен более ярко, чем в других странах. Особенно это заметно в золотодобыче, т.к. почти 70 % металла добывается из россыпных месторождений. Истощение крупных россыпных и приповерхностных коренных месторождений с относительно хорошим качеством сырья заставляет вовлекать в переработку все более бедные и сложные по составу руды и пески. Проблема рентабельности добычи золота с особой остротой заявила о себе в середине 90-х го-

дов, когда было резко сокращено государственное финансирование геологии и горнодобывающей промышленности.

Сырьевая база России позволяет в течение нескольких десятилетий добывать не менее 300 т металла в год [8], но для этого необходимо перевооружить золотодобывающую промышленность так, чтобы добыча металла из любых российских месторождений стала рентабельной независимо от цен на мировом рынке. Основой перевооружения должны стать принципиально новые технологии, как первичного обогащения, так и переработки техногенных песков.

В настоящее время наиболее распространенной является технология гравитационного обогащения, в которой разделение минералов происходит за счет силы тяжести. Поэтому для аппаратов гравитационного типа обо-гащения характерны потери мелких и тонких фракций металла [5-9]. Пройдя длительный путь эволюции, приборы гравитационного метода обогащения достигли высокой степени совершенства и находятся в настоящее время на вершине своего развития. Однако их эпоха заканчивается вместе с добычей крупного благородного металла. Следует заметить, что потери мелкого золота были всегда, но на них раньше просто не обращали внимания, т.к. было достаточно крупных фракций благородного металла.

Таблица № 1

Эффективность извлечения золота

№ п/п Тип установки 0-0,2 мм,

1. «Дерокер» 60 91 99 99 100

2. ПГБ-75 50 86 97 98 99

3. ПКБШ-100 60 86 95 97 99

4. КОУ-1200 50 85 95 97 99

5. ПГШ-30 50 70 90 93 97

Анализ теоретических и экспериментальных исследований отечественных и зарубежных специалистов показывает, что основные потери при гравитационной технологии извлечения металла происходят за счет мелких классов (крупностью «0,25 мм»). Результаты исследований Ир-гиредмет, ВНИИ-1 и др. научных организаций показывают, что использовать только гравитационную технологию при обогащении благородных металлов нерационально. При этом потери металла класса «-0,3...+0,1 мм» составляют 50-60 %, а металл крупностью «-0,1 мм» практически не улавливается [5-8]. Для примера в табл. 1 представлены статистически полученные данные по эффективности извлечения золота некоторыми промывочными приборами [8].

В последние годы для первичного обогащения песков все более широкое применение находят приборы, использующие центробежно-гравитационную технологию [6, 7]. Следует заметить, что центробежные аппараты уже с 60-х годов использовались на разведочных работах. Однако только в последнее десятилетие они начали активно использоваться на промышленных установках. Данные приборы обеспечивают извлечение металла на уровне ~90 % - для класса «+0,05-0,1 мм» и ~75 % - для класса «-0,05 мм», т.е. они лишь «передвигают» основную массу потерь в еще более мелкий класс частиц [6,7].

За рубежом наиболее распространенными технологиями первичного обогащения металла является технологии циани-

рования, и, в частности, технология кучного выщелачивания [5,8]. Для данной технологии характерны низкие капитальные затраты и эксплуатационные расходы, высокая производительность и, как следствие, низкая себестоимость добытого металла. Однако ее эффективность сильно зависит от сезонных колебаний температуры.

В связи с выше изложенным, необходима принципиально новая технология первичного обогащения, которая позволяла бы эффективно и экологически безопасно добывать благородный металл независимо от погодно-климатических, горногеологических, а также технологических свойств руд и песков. Конечно, наивно надеяться, что удастся быстро разработать какую-то универсальную технологию извлечения благородных металлов. Однако работу в этой области необходимо интенсифицировать, т.к. по нашему мнению уже в ближайшее время следует ожидать частичного решения данной проблемы.

Известно [7], что интенсивность проявления различий в свойствах минералов, обуславливающая эффективность протекания процессов обогащения, может быть значительно усилена при использовании акустических колебаний. Трудности, имеющие место при внедрении акустических технологий, связаны с разобщенностью и недостаточностью сведений о физических аспектах, вызываемых акустическими колебаниями в 3-х фазных средах, методах и средствах возбуждения колебаний, а также недостаточная осведомленность исследователей, проектировщиков и

инженерно-технических работников о возможностях нелинейной акустики.

Основными принципами, которые заложены в первую схему обогащения, являются тонкое грохочение и дезинтеграция материала; его механическое разрыхление пузырьками воздуха и водой; дополнительное извлечение металла на экспериментальном шлюзе, оборудованном направленными гидроакустическими излучателями звукового (ЗД) и ультразвукового (УЗД) диапазонов частот [2-4].

Разработанный способ извлечения металла класса крупности «-0,25 мм» может использоваться, либо непосредственно в процессе работы любого промывочного прибора [2], либо как отдельный блок в цепи аппаратов обогатительного комплекса [3].

В первом случае исходные пески подаются в бункер-накопитель и далее ленточным конвейером на вибрационный грохот. Образуется первичная пульпа, которая направляется в основной шлюз, имеющий постоянный угол своего наклона 01 и содержащий трафареты с параметрами (высота - Ь1, угол наклона '^1 и расстояние R1 между «ребрами»). В основном шлюзе происходит «улавливание» крупного и среднего металла. На выходе основного шлюза установлен распределитель, осуществляющий механическое перемешивание и разделение потока первичной пульпы. При этом необходимая, в зависимости от производительности дополнительного шлюза, часть пульпы поступает на вход дополнительного шлюза, имеющего регулируемый угол своего наклона 02 (02 < 01) и содержащий трафареты с параметрами ф2, Ю2 и R2).

На входе экспериментального шлюза автоматически, за счет разных высот шлюзов и наличия механического распределителя, происходит перемешивание и дегазация первичной пульпы и, таким образом, образуется вторичная пульпа. Благодаря распределителю, а также возможности регулировки угла наклона 02 экспериментального шлюза обеспечивается со-

хранение потока первичной пульпы в основном шлюзе и поддержание уровня и скорости потока вторичной пульпы в экспериментальном шлюзе.

В экспериментальном шлюзе размещаются высоконаправленные и ориентированные заданным образом гидроакустические излучатели ЗД и УЗД диапазонов частот. Данные излучатели осуществляют воздействие на вторичную пульпу интенсивными акустическими волнами. При этом улавливание металла класса крупности «-0,25 мм» на трафаретах экспериментального шлюза производится за счет уменьшения скорости потока вторичной пульпы по отношению к скорости потока первичной пульпы в основном шлюзе; автоматической дегазации и перемешивания вторичной пульпы на входе дополнительного шлюза; одновременного воздействия на вторичную пульпу интенсивных акустических волн ЗД и УЗД диапазонов частот.

Основными принципами, которые заложены во вторую схему обогащения, являются: тонкое грохочение с удалением непродуктивной фракции песков; извлечение металла в гравитационном аппарате с интенсивным ультразвуковым и центробежным полях при статическом давлении, а также дополнительное разрыхление материала пузырьками воздуха. Главными блоками данного устройства являются [3]:

• ультразвуковой блок, излучающие накладки которого расположены равномерно по всей цилиндрической поверхности камеры ультразвуковой обработки пульпы. Причем каждая из накладок колеблется на резонансной частоте с максимальной амплитудой в результате автоматической подстройки колебательной системы к акустическим параметрам пульпы;

• гидроциклон, представляющий собой центробежный насос, рабочее колесо которого вращается на полом валу в цилиндрической камере ультразвуковой обработки пульпы;

• электродвигатель и редуктор, приводящие во вращение полый вал с ра-

бочим колесом центробежного насоса. В верхней части вал через переходник соединен с неподвижной трубой;

• сменный конус, крепящийся к нижнему фланцу камеры ультразвуковой обработки пульпы. Замена одного конуса на другой (например, с иной конфигурацией) связана с изменением режима обогащения;

• патрубок для подачи пульпы.

Под воздействием акустического поля в жидкой среде происходит ряд физических явлений, к числу которых (в первую очередь) относится кавитация. Под влиянием интенсивных ультразвуковых колебаний в жидкости возникают зоны сжатия и разряжения, образуется большое количество разрывов в виде мельчайших полостей (каверн), называемых кавитационными пузырьками. При захлопывании кавитационной полости пар не успевает полностью конденсироваться на ее движущейся поверхности. При этом давление газа в парогазовой смеси достигает 3000 атм., а ее температура -6000° Кельвина.

Кавитационные эффекты, возникающие в ультразвуковом поле, интенсифицируют процессы очистки поверхности рудных частиц от разного рада загрязнений и окисных пленок минерального характера, повышают скорость диффузии жидкой части пульпы в поры и трещины, образующиеся на поверхности минеральных пленок в результате их кавитационного разрушения, ускоряют процессы диспергирования и дезинтеграции минералов. При этом большое значение имеет правильный выбор параметров акустического поля: интенсивность, частота и др.

В процессе промышленных испытаний производилась сравнительная оценка эффективности экспериментального шлюза с направленным излучением акустических сигналов и без их излучения. В результате достигнуто:

• увеличение ~ в 24 раза количества добываемого металла;

• изменение характера распределения металла по длине шлюза (~23% -в головной части, ~57% - районе расположения излучателя и ~ 10% - в хвостовой части);

• изменение параметров расситовки дополнительно извлеченного металла в сторону преобладания (~80 %) мелких (0,25 мм) классов металла;

• изменение количества извлеченного металла в зависимости от интенсивности (оптимальная - не менее 50 Вт/см2) и частоты (оптимальная 32 кГц) акустических колебаний.

В табл. 2-4 представлены результаты синхронной расситовки металла на промывочном при0боре типа «ПКБШ-100» (табл. № 2), находящегося в его эфельных хвостах (табл. № 3) и на экспериментальном шлюзе (табл. № 4) для 2-х вариантов испытаний.

Как видно из табл. 4 разработанный акустико-гравитационный метод позволяет эффективно улавливать мелкий (класс крупности «-0,25 мм») металл. При этом его доля в общем объеме дополнительно извлеченного металла составляет ~ 90 %. Следует также указать на то обстоятельств, что доля очень мелкого металла (класс крупности «-0,125 мм») в общем объеме дополнительно извлеченного металла составляет ~50 %.

Анализ результатов, представленных в табл. 2-4, позволяет сделать следующие предварительные выводы, имеющие определенное практическое значение:

• разработанный акустико-гравитационно-гидродинамический метод позволяет дополнительно извлекать мелкий металл. Принимая во внимания 24-х кратный выигрыш в объеме дополнительно добытого металла при реализации разработанного метода, он может использоваться для дополнительного извлечения металла (расчетный объем извлеченного металла - 40-50 г в сутки при подключении шлюза к выходу промывочного прибора типа «ПКБШ-100»);

Таблица № 2

Результаты расситовки металла на промывочном Приборе типа «ПКБШ-100»

Класс крупности Количество металла, гр. % содержание металла

+ 2 4,5 0,46

+1 8,5 0,88

+ 0,5 36,9 3,82

+ 0,25 450,6 46,74

+ 0, 125 450,2 46,70

- 0,125 13,8 1,43

Таблица № 3

Результаты расситовки металла, находящегося в эфельных хвостах прибора

Класс Крупности Количество Металла % содержание металла

+ 1 - -

+ 0,5 5 7,58

+ 0,25 33 50,0

+ 0, 125 24 36,36

- 0,125 4 6,06

Таблица № 4

Результаты расситовки металла на экспериментальном шлюзе, подключенного к выходу прибора

Класс крупности Количество Металла % содержание металла

+ 2 - -

+1 12 0,63

+ 0,5 35 1,82

+ 0,25 143 7,45

+ 0, 125 778 40,52

- 0,125 952 49,58

• в процессе промышленно эксплуатации промывочных приборов ограниченный объем проб и незначительное количество металла в них, а также дискретность взятия проб не позволяет корректно контролировать потери металла в эфельных хвостах приборов;

• использование экспериментального шлюза показало, что процентное со-

держание металла крупностью «-0,125 мм» в эфельных хвостах на порядок выше по сравнению с данными, получаемыми в процессе «контрольного ситования». Другими словами, экспериментальный шлюз может эффективно использоваться не только для более корректной оценки потерь металла в эфельных хвостах, но и, решая обратную задачу - для более точной оценки объема метала и его гранулометрического состава в исходных песках конкретного блока, т.е. - для мониторинга.

• при использовании экспериментального шлюза удалось выявить потери среднего («+0,25-1,0 мм») класса металла, т.е. шлюз может эффективно использоваться для контроля качества работы промывочного прибора, к выходу которого он подключен.

Таким образом, специфика протекания физических процессов в акустических полях выдвигает данную технологию в разряд принципиально новых методов повышения эффективности процессов обогащения полезных ископаемых. При этом интенсификация процессов обогащения, вовлечение и разработка бедных (некондиционных и забалансовых) запасов, а также материалов из отвалов горных предприятий позволяет использовать акустические методы в следующих технологических процессах:

-диспергирование глинистых пород (промывка полезных ископаемых);

-дополнительное извлечение мелкого металла (как в процессе работы сущест-

вующих промывочных приборов, так и в качестве самостоятельной технологии);

- очистка оборотных и сточных вод (очистка от взвесей и безреагентное обез-

1.. Акустическая технология в обогащении полезных ископаемых /Под ред. В.С. Ямщикова. -М.: Недра, 1987, 230 с.

2. Бахарев С.А. Способ промывки золотоносных песков.- Патент РФ № 2214866, 2002.

3. Бахарев С.А. Способ промывки золотоносных песков.- Патент РФ № 2223762, 2003.

4. Бахарев С.А. Специальная тема / Научнотехнический сборник ТОВМИ.- Вл-к.: МО, 2001, Вып.29, с. 34-39.

5. Богданович А.В., Зарогатский А.Н., Коровников А.Н. Современное оборудование и технологии высокоэффективного извлечения тонкозернистого золота из рудных и техногенных видов сырья / Обогащение руд, 1999, №4, с.33-37.

6. Бочаров В.А., Гуриков А.В., Гуриков В.В. Анализ процессов разделения золото-содержащих

зараживание); флотация руд цветных и металлов и др.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

продуктов КпеЬоп и Falkon SB // Обогащение руд, №2, 2002, с.17-21.

7. Маньков В.М., Тарасова Т.Б. Применение центробежно-гравитационного метода для извлечения мелкого золота из россыпей // Обогащение руд, 1999, №6, с.3-8.1. Россыпные месторождения России и других стран СНГ / Под ред. Академика Н.П. Лаверова.- М.: Научный мир, 1997.

8. Осипич А.В., Барышников В.И. Прогнозирование технологических потерь при промывке золотоносных песков / Безопасность труд в промышленности, № 10, 2001,с.28-30.

9. Птицин АБ. Добыча золота методом геотехнологии.- Часть II. Практический опыт кучного и подземного выщелачивания // ФТПРПИ, №2, 2001, с.73-77.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------

Бахарев С.А. - Международный университет Природы, общества и человека, Московская обл. г. Дубна.

------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУЗНЕЦОВ Владимир Григорьевич Техника и технология повышения долговечности крепи скважин в крио-литозоне (проблемы и решения) 25.00.15 д.т.н