СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА ИЗ ПИРИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА
METHOD FOR EXTRACTING GOLD FROM PYRITE CONCENTRATE

Заявляемое решение относится к технологическим процессам переработки рудных концентратов для повышения содержания драгоценных металлов, в частности, к высвобождению микрочастиц золота из пиритового концентрата.
6
Из уровня развития техники известен [Патент РФ №2061074 С1, МКП С22В 11/08, 27.05.1996. Способ извлечения золота из золотосодержащих рудных концентратов] способ извлечения золота из пиритового концентрата, включающий в себя измельчение концентрата и его ударно-импульсное нагружение для отделения золота от концентрата. Недостатком способа является низкая степень извлечения золота.
Наиболее близким к заявляемому объекту является решение [Патент РФ №2310510 С2, МПК В02С 19/06, 20.11.2007], в котором измельчение концентрата и его ударно-импульсное нагружение для отделения золота от концентрата совмещено за счет разгона и удара частиц концентрата о препятствие в виде размольной плиты. Это повышает эффективность измельчения концентрата и повышает степень извлечения золота из концентрата за счет получения тонкодисперсных частиц золота. Но степень извлечения золота в этом решении недостаточная, частицы золота малого размера остаются нераскрытыми и, соответственно, не извлеченными из измельченных частиц концентрата. Связано это с рядом ограничений, например с низкой скоростью соударения частиц о размольные плиты.
Техническим результатом заявляемого решения является повышение степени извлечения золота. Это достигается путем раскрытия в концентрате частиц золота значительно меньшего размера. Осуществлено это регламентацией размера (крупности) частиц концентрата, которым придается движение с необходимой скоростью для осуществления удара о препятствие, выполненное в виде плоскости, перпендикулярной направлению движения частиц и отстоящей от разгоняющего устройства на определенном расстоянии.
Таким образом, заявляемый объект, как и прототип, включает в себя измельчение концентрата и его импульсное ударное нагружение для отделения золота от частиц концентрата. Однако заявляемый объект отличается тем, что совмещают измельчение и ударное нагружение путем осуществления движения частиц концентрата крупностью 0,5-2,0 мм со скоростью 80-100 м/с с последующим ударом частиц о препятствие, плоскость которого располагают на расстоянии 0,4-0,6 м от разгоняющего устройства перпендикулярно направлению движения частиц. Указанные численные значения параметров связаны со следующим:
- технический результат достигается тем, что раскрытие производят путем удара частиц концентрата о препятствие с энергией, необходимой для мелкодисперсного разрушения основной фракции пирита и отделения от него золота;
- такое отделение золота от концентрата по сути является процессом его обогащения и позволяет повысить степень извлечения золота в несколько раз в сравнении с прототипом и снизить.
Данные отличия являются новыми, отвечают требованиям существенных признаков и патентоспособности решения.
Осуществление способа производили следующим образом.
Использовали золотосодержащий пиритовый концентрат с содержанием золота до 320 г/тн. Концентрат предварительно измельчали и затем осуществляли заявляемый способ. Результаты оценивали по степени извлечения золота из концентрата. Регламентирующим критерием извлечения золота понимали следующее: если с помощью электронной микроскопии и электродисперсным рентгеновским микроанализа в отходах концентрата обнаруживаются частицы золота размером менее 5 мкм, то степень извлечения золота достаточная, если обнаруживаются частицы золота большего размера, то степень извлечения золота недостаточна и необходима дополнительная оптимизация параметров, влияющих на эффективность измельчения пирита и, соответственно, на отделяемость от него частиц золота. Для реализации способа использовали ударно-метательные аппараты (дробеструйные, дробеметные машины, пескоструйный аппарат). В качестве параметров, оптимизирующих степень извлечения золота, использовали общие представления об энергии ударного импульса твердых тел. В частности, варьировали кинетической энергией движущегося тела (размером частиц концентрата, скоростью их разгона), энергией гашения импульса силы при ударении частиц о препятствие (расстоянием препятствия от разгонного устройства, формой препятствия и углом наклона поверхности препятствия к направлению движения частиц). В результате констатировано, что:
- в исходном концентрате обнаруживаются золотины размером от 0,2 мкм до 100 мкм и более;
- после обработки исходного концентрата по заявляемому способу извлеченными (отделенными от концентрата) оказываются золотины размером 5 мкм и более;
- после обработки исходного концентрата указанными известными способами золотины столь мелких размеров не отделяются от концентрата и уходят вместе с ним в отходы.
Из этого следует вывод: заявленный способ позволяет раскрыть в концентрате частицы золота значительно меньшего размера, что, соответственно, повышает степень извлечения золота.
Далее приведены примеры реализации заявляемого способа с оптимизацией его параметров. Перед этим для сравнения на данной концентрации золота в концентрате приведены отдельные сведения по степени извлечения золота при реализации способа-аналога и способа-прототипа.
6
Пример реализации способа-аналога [Патент РФ №2061074 С1, МКП С22В 11/08, 27.05.1996]. По этому способу порции конгломератов золотосодержащей руды вводили в центробежно-ударную дробилку. На выходе из дробилки получали товарную руду с разным размером частиц. Электроннофрактографическим исследованием частиц установили, что наилучшие условия раскрытия руды для извлечения золота обеспечивались (оказывались раскрытыми частицы золота размером более 50 мкм) в частицах крупностью не более 2-3 мм. Частицы большей крупностью отсеивались и повторно загружались в дробилку. На переработку порции конгломератов затрачивалось значительное время (средняя трудоемкость составляла 200 кг/мин). Степень извлечения золота лимитировалась тем, что на раздробленных частицах руды оказывались раскрытыми частицы золота размером более 50 мкм. Частицы золота меньшего размера оставались закрытыми в трещинах и порах частиц руды. Увеличение (до достижения линейной скорости 150 м/с на биле дробилки) скорости вращения ротора дробилки (увеличение импульса энергии удара билом по частице руды) не приводило к большему измельчению руды, не повышало степень извлечения золота, а только лишь повышало энергозатраты за счет холостого перемещения раздробленной смеси частиц руды в корпусе дробилки и затрудняло выход смеси из дробилки.
Пример реализации способа-прототипа [Патент РФ №2310510 С2, МПК В02С 19/06, 20.11.2007]. По этому способу частицы руды (аналогичные описанным выше) перерабатывали (обогащали) путем совмещения измельчения и ударно-импульсного нагружения в размольной машине посредством удара о размольные плиты. Установлено, что в зависимости от условий реализации способа (размер частиц, степень изношенности размольных плит и т.д.) максимальная степень извлечения золота достигается при максимальном измельчении частиц. Наилучшим результатом оказалось следующее: отделившимися от породы (раскрытыми) являлись золотины размером более 25-30 мкм.
3
3
Примеры реализации и оптимизации заявляемого способа. Частицы золотосодержащей руды помещали в ударно-метательный аппарат и обеспечивали линейное перемещение в заданном направлении. На пути движения частицы ударялись о препятствие. Частицы руды при ударе разрушались преимущественно по границам пирит-золото. При этом частицы золота оказывались раскрытыми либо полностью отделившимися от пирита. Отделение золота от пирита происходит под действием импульса силы инерции в момент удара частицы руды о препятствие в силу того, что плотность золота (19,32 г/см) значительно выше плотности пирита (4,9-5,2 г/см), и их коэффициенты упругости существенно различны.
Размер частиц золотосодержащей руды, их скорость движения и расположение препятствия варьировали в некоторых пределах для оптимизации процесса обогащения. Отдельные сведения приведены в таблице 1 для случая исполнения препятствия в виде прямолинейной плоскости, отстоящей от разгонного устройства (импеллера) на расстоянии 0,55 метра с наклоном 10 градусов к направлению движения частиц. Данные таблицы 1 показывают:
- степень (во сколько раз меньшие по размеру частицы золота оказываются извлеченными) извлечения золота по заявляемому способу выше, чем по способу - прототипу в указанном диапазоне изменения параметров;
- явной закономерности влияния размера частиц руды и скорости их движения на степень извлечения золота не прослеживается, но заметен диапазон, в котором удается извлекать самые мелкие частицы золота.
В силу указанных обстоятельств возникла необходимость оптимизации параметров реализации заявляемого способа.
Пример 1. Определение рационального размера (крупности) частиц руды.
В основе заявляемого способа лежат следующие физические явления:
- размер частиц золотосодержащего концентрата пропорционален его массе;
- масса пропорционально влияет на величину кинетической энергии, с которой частица перемещается и ударяется о препятствие;
- чем выше величина кинетической энергии, тем большей величины внутренние напряжения возникают в момент удара о препятствие на границе раздела золота и пирита;
- чем больше внутренние напряжения, тем больше вероятность отделения золота от пирита и, соответственно, больше возможность раскрытия частиц пирита с золотом;
- чем больше золота отделилось от пирита, тем выше степень извлечения золота (обогащение концентрата);
- золота отделяется от пирита тем больше, чем меньшего размера золотины оказываются отделившимися.
Результаты апробации заявляемого способа с частицами разного размера отчасти показаны в таблице 1, но результаты оптимизации размера (установление границ диапазона) частиц приведены с учетом скорости разгона частиц в таблице 2.
В результате реализации способа для данных условий установлено:
- наиболее высокая степень извлечения золота достигнута во всем диапазоне скоростей при крупности частиц пирита 1,2-1,7 мм;
- при меньших и больших размерах частиц степень извлечения золота снизилась (но она все равно выше, чем у способа-прототипа);
- в диапазоне крупности от 0,5 мм до 2,0 мм четко наблюдается отделение от концентрата золотин размером 0,5 мкм (и более), т.е. это диапазон с самой высокой степенью извлечения золота;
Таблица 1.
Сравнительная оценка степени извлечения золота по заявляемому способу в сравнении со способом-прототипом.
Сравниваемые параметры
По способу-прототипу
По заявляемому способу
Размер частиц руды, мм
3,0
2,0
1,0
0,5
0,3
Скорость перемещения частиц, м/с
70
100
150
50
100
150
50
100
150
50
100
150
50
100
150
Размер раскрываемых минимальных частиц золота, мкм
30
23
12
24
26
5
11
12
5
8
12
10
18
28
14
20
Относительная условная степень извлечения золота (обогащения руды)
1,0 (принято за единицу)
1,3
2,5
1,2
1,1
6,0
2,7
2,5
6,0
3,7
2,5
3,0
1,6
1,1
2,14
1,5
Примечание:
1. Здесь и далее приведены сведения по обогащению руды и отходов, полученных на горно-обогатительном комбинате.
2. Из коммерческих соображений здесь и далее не указывается непосредственный уровень присутствия золота в руде или отходах, степень (уровень) обогащения и т.д. Для характеризования сравниваемых способов приведены относительные показатели, например, относительная условная степень обогащения руды (во сколько раз меньшие по размеру золотины удалось получить отделившимися от руды в сравнении с способом-прототипом), относительный уровень обогащения руды (какое место данная величина обогащения занимает в ряду убывающих мест при эксперименте) и т.д.
Таблица 2.
Относительная степень извлечения золота (место в ряду значений*) при изменении крупности частиц руды
Скорость движения частиц концентрата, м/с
Размер, характеризующий крупность частиц концентрата, мм
0,3
0,5
0,8
1,2
1,3
1,7
2,0
2.2
75
7
4
3
1*
2
3
5
6
100
7
5
3
1
1
2
4
6
125
8
5
4
1
2
3
6
7
* Цифрами обозначены места в ряду значений. Например, при скорости 75 м/с первое (лучшее) место (лучшая степень извлечения золота) получено при крупности 1,2 мм. Третье место (два третьих результата обогащения) обеспечивалось при крупности 0,8 мм и 1,3 мм. При скорости движения 100 м/с лучшие одинаковые результаты зафиксированы для размерностей 1,2 мм и 1,3 мм.
- за пределами диапазона 0,5-2,0 мм не все золотины размером 0,5 мкм оказались отделенными от концентрата (по крайней мере имеются золотины, которые раскрылись частично, т.е. оголились, но не отделились).
Пример 2. Определение рациональной скорости движения (разгона) частиц концентрата.
Данные таблиц 1 и 2 свидетельствуют о том, что величина скорости движения частиц влияет на степень извлечения золота. В примере 1 выявлен рациональный размер частиц движущегося конгломерата, теперь необходимо для этого размера частиц выявить рациональную скорость движения. Экспериментальные данные приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Относительная степень извлечения золота (место в ряду значений*) при изменении скорости движения частиц концентрата
Размер, мм, характеризующий крупность частиц концентрата
Скорость движения частиц концентрата, м/с
50
70
80
90
100
110
130
150
0,5
7
4
3
1
2
3
5
6
1,25
6
3
1
1
1
2
4
5
2,0
8
4
3
1
2
5
6
7
* Цифрами обозначены места в ряду значений. Например, при крупности 1,25 мм первое (лучшее) место получено при трех разных скоростях движения 80 м/с, 90 м/с и 100 м/с. Следующее (более низкое второе) место получено при скорости 110 м/с.
Из данных таблицы 3 следует, что максимальная степень извлечения золота в данных условиях достигаются для рациональной крупности (0,5-2,0 мм) частиц при скоростях движения конгломерата 80-100 м/с.
Пример 3. Определение рационального расстояния препятствия от разгонного устройства.
Расстояние между препятствием и местом вылета частиц конгломерата из разгонного устройства регламентирует кинетическую энергию, приобретаемую частицой во время полета. С этой энергией частица соударяется с препятствием и разрушается (измельчается с отделением частиц золота). Чем больше расстояние, тем больше гасится скорость движения частиц, тем с меньшей силой происходит соударение. Но уменьшить до некоторого абсолютного значения это расстояние не удается из-за того, что отражающиеся от препятствия частицы соударяются с летящими частицами и отклоняют их от требуемой траектории полета, чем снижают степень извлечения золота. Соответственно, возникла необходимость подобрать это расстояние таким, чтобы при выбранной крупности и скорости движения частиц помехи от отражающихся частиц были минимальными, а степень извлечения золота была достаточной. В силу ряда обстоятельств подбор этого расстояния осуществлялся для препятствия, имеющего плоскую форму, причем плоскость была расположена перпендикулярно направлению движения частиц. Экспериментальные данные приведены в таблице 4 (размер частиц 1,2 мм, скорость движения частиц 90 м/с).
Таблица 4.
Относительная степень извлечения золота (место в ряду значений*) при изменении местоположения плоскости препятствия
Расстояние препятствия от разгоняющего устройства, м
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
Относительная степень извлечения
5
2
1
1
1
3
4
* Примечание: максимальная степень (первое место в ряду проведенных экспериментов) достигнута при расстоянии (0,3-0,5) метра.
Из данных таблицы следует, что оптимальным является расстояние 0,3 м - 0,5 м.
Пример 5. Определение рационального угла наклона плоскости препятствия.
Изменение угла наклона плоскости препятствия относительно направления движения частиц концентрата возможно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Это скажется на эффективности сепарации частиц после их соударения с препятствием, на уровень помех отраженных частиц движущимся к препятствию частицам, на силу соударения частиц с препятствием, следовательно, на степень извлечения золота.
В приведенных выше примерах препятствием являлся жесткозакрепленный массивный (масса превышала в 1000 и более раз массу частиц концентрата) предмет с плоскопараллельной поверхностью для удара перемещаемых частиц концентрата. Твердость и прочность материала препятствия превосходили эти же характеристики концентрата. Размеры поверхности принципиального значения не имели в связи с тем, что угол рассеивания траекторий полета частиц был незначительным. Предполагалось, что при перпендикулярном положении кинетическая энергия движения частиц в большей мере реализуется в процесс разрушения пирита и отделения золота. Тем не менее, были выполнены эксперименты по изменению угла наклона плоскости препятствия в вертикальной плоскости при отсчете угла наклона от вертикали против часовой стрелки. Результаты приведены в таблице 5.
Таблица 5.
Относительная степень извлечения золота (место в ряду значений*) при изменении величины отклонения угла наклона плоскости препятствия от перпендикулярного положения
Величина отклонения, градус
0
5
10
Степень извлечения
1
2
3
* Примечание. Первое место означает, что лучшая степень извлечения достигнута при отклонении 0 градусов (при точности настройки плюс-минус 1 градус), т.е. при положении плоскости, перпендикулярном направлению движения частиц.
Из данных таблицы 5 следует, что наиболее оптимально перпендикулярное расположение плоскости препятствия относительно направления скорости движения частиц концентрата.
Приведенные примеры доказывают достижение технического результата.