Статья: Технологические исследования по переработке лежалых и текущих хвостов золотоизвлекательной фабрики Высочайший (Иркутская область, г. Бодайбо)

Институт земной коры СО РАН, Иркутск Иркутский научный центр СО РАН, Иркутск Иркутский государственный университет

Технологические исследования по переработке лежалых и текущих хвостов золотоизвлекательной фабрики «Высочайший» (Иркутская область, г. Бодайбо)

С.А. Прокопьев, Д.П. Гладкочуб,

М.Е. Шульгина, Е.С. Прокопьев

Иркутск

Аннотация

Появившиеся в последние десятилетия техногенные месторождения являются результатом интенсивного развития горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Увеличение объемов добычи золота, обусловленное растущим спросом на этот металл, с одной стороны, и резкое сокращение легкодоступных запасов золота в коренных рудах и, как следствие, снижение промышленных кондиций, с другой, послужили причиной активного вовлечения в переработку техногенных минеральных ресурсов. В настоящее время прослеживается устойчивая тенденция к включению гравитационного обогащения при переработке такого вида сырья. Проведенные исследования, вызванные актуальностью проблемы и поиском новых источников золота, которыми могут стать лежалые и текущие хвосты золотоизвлекательной фабрики (ЗИФ) «Высочайший», предлагают перспективный и экологически чистый метод доизвлечения мелкого и тонкого золота. В данной работе рассмотрена технология обогащения золотосодержащих хвостов с применением уникального гравитационного оборудования - винтовых аппаратов для шламов, отмечены их конструктивные особенности и преимущества. Представлены обобщенные сведения, влияющие на процесс концентрации минеральных зерен, описаны важнейшие факторы по фазам (этапам) процесса сепарации, а также приведен минеральный состав, подтверждающий правильность выбора обогатительного оборудования в цикле первичной концентрации золота.

Ключевые слова: техногенные месторождения, золото, обогащение, винтовая сепарация, винтовые аппараты для шламов, минеральный состав, минеральные зерна, гравио-концентрат, ЗИФ «Высочайший», Иркутская область, г. Бодайбо.

Annotation

обогащение золотосодержащий винтовой аппарат

Technological Research on Processing of Mature and Fresh Tailings of GMF Vysochaishy (Irkutsk Region, Bodaibo)

S. A. Prokopiev Institute of the Earth's Crust of SB RAS, Irkutsk Irkutsk Scientific Center of SB RAS, Irkutsk Irkutsk State University, Irkutsk

P. Gladkochub Institute of the Earth's Crust of SB RAS, Irkutsk Irkutsk State University, Irkutsk

M. E. Shulgina Irkutsk State University, Irkutsk OOO PK Spirit, Irkutsk

S. Prokopiev Institute of the Earth's Crust of SB RAS, Irkutsk Irkutsk State University, Irkutsk

The rising number of technogenic mineral deposits in recent decades is a result of the intensive development of the mining and processing industry. Increasing extraction of gold caused by the growing demand on this precious metal coupled with a drastic reduction of the reserves of easily recoverable gold from ores on the one hand and, as a consequence, a lowering of the industrial standards, on the other hand, have been driving forces to investigate the enrichment of technogenic mineral resources. There is a stable tendency at present to include gravity concentration into processing of this type of the mineral resources. The importance of the problem and a search for new sources of gold have motivated an investigation into a potentially efficient and environmentally clean technology of additional recovery of small and fine gold from mature and fresh tailings of GMF “Vysochaishy”. This study examines a method of processing gold-bearing tailings using a unique gravity concentration equipment, known as spiral chute slime separators, highlights their design features and advantages. It underlines factors that influence the process of concentration of mineral grains, describes peculiarities of each phase (stage) of separation, as well as gives mineral composition confirming the correct choice of the enrichment equipment at the initial cycle of the gold concentration.

Keywords: technogenic deposits, gold, mineral processing, spiral separation, spiral chute slime separators, mineral composition, mineral grains, gravity concentrate, GMF “Vysochaishy”, Bodaibo Irkutsk oblast.

Введение

Минерально-сырьевая база Иркутской области представлена рудными и россыпными месторождениями. Золотодобыча занимает ведущее направление, кроме того, по запасам рудного золота область находится на первом месте в России. На территории Бодайбинского района, который является центром золотодобывающей промышленности Иркутской области, расположены уникальные месторождения рудного золота - одним из них является Голец Высочайший. ГОК «Высочайший» включает в себя две золотоизвле- кательные фабрики, общая мощность которых составляет около 4,5 млн т руды в год. Соответственно, в результате их промышленной деятельности образуются огромные объемы отходов, которые скапливаются на поверхности земли. Известно, что основные потери с хвостами при переработке рудного золота приходятся на тонкое, пластинчатое и пылевидное золото с размером частиц от миллиметра до нескольких микрон. Рост интереса по изучению извлечения такого золота во многом предопределен появлением эффективных технологий по переработке техногенного сырья, включающих гравитационные методы обогащения с применением винтовых аппаратов в качестве основного обогатительного оборудования.

Описание технологии винтовой сепарации и винтовых аппаратов

Винтовые аппараты представляют собой устройства, реализующие принцип разделения материала в наклонном безнапорном водном потоке малой глубины. Основным их рабочим органом является неподвижный наклонный желоб, имеющий форму спирали, закрученной вокруг вертикальной оси (рис. 1).

В конструкции винтовых аппаратов отсутствуют движущиеся и вращающиеся части, им не требуется подача электроэнергии. Они стабильно работают на оборотной воде. Процесс обогащения на винтовых аппаратах наблюдается визуально и поэтому легко поддается регулированию.

Пульпа подается в верхнюю часть желоба аппарата и под действием силы тяжести движется по нему вниз тонким слоем. При этом в результате сложного взаимодействия сил тяжести, трения, гидродинамического давления и центробежной тяжелые минералы сосредоточиваются у внутреннего борта желоба, а легкие - у наружного. Продукты обогащения в нижней части желоба попадают в приемное устройство, снабженное отсекателем. Изменяя положения отсекателя по ширине потока, можно регулировать качество продуктов обогащения.

В зависимости от области применения винтовые аппараты имеют разные геометрические параметры и подразделяются на сепараторы и шлюзы. Шлюзы имеют слабовогнутый профиль поперечного сечения желоба, применяются для обогащения тонкозернистых минералов (менее 0,5 мм) и отличаются ламинарным движением пульпы по желобу. Сепараторы имеют профиль сечения желоба более крутой, близкий к части эллипса, и применяются для обогащения материала крупностью до 2-3 мм.

Рис. 1 Винтовой аппарат для шламов (ШВм)

Преимущества винтовых аппаратов перед другим гравитационным оборудованием:

- не имеют движущихся частей и не требуют приводных устройств;

- процесс обогащения можно наблюдать визуально;

- легко регулируются, не требуют высокой квалификации персонала;

- разгрузка продуктов обогащения производится непрерывно;

- могут работать в широком диапазоне плотности пульпы;

- показывают высокую удельную производительность на 1 м² занимаемой площади и имеют низкие эксплуатационные затраты.

Механизмы разделения минеральных частиц на винтовых сепараторах

Процесс концентрации на винтовом сепараторе, по мнению большинства исследований, условно делится на три этапа:

1. й этап - транспортирование минеральных зерен в винтовом водном потоке;

2. й этап - расслоение минеральных зерен по желобу сепаратора;

3. й этап - разделение минеральных зерен в желобе сепаратора [7].

Известия Иркутского государственного университета 2017. Т. 22. Серия «Науки о Земле». С. 92-103

Протекание первого этапа достаточно полно изучено многими исследователями как на лабораторных, так и на промышленных аппаратах. Физическое, математическое моделирование, описание и анимация этого этапа концентрации различными авторами принципиальных различий не имеют. В большинстве случаев транспортирование описывается как движение вниз по винтовому желобу тяжелых, легких частиц и частиц промежуточной плотности в воде с различными скоростями. В зависимости от диаметра винтового желоба, а следовательно, его производительности, режим движения пульпы на винтовых аппаратах может иметь характер ламинарного (винтовые шлюзы), переходного (винтовые шлюзы и сепараторы), турбулентного (винтовые сепараторы и винтовые концентраторы). Основными факторами, влияющими на поведение пульпы на этапе транспортирования, являются гидродинамическое давление, сила тяжести и сила трения.

По мере того как пульпа течет по винтовому желобу сепаратора, происходит ее расслоение по вертикали. Расслоение (второй этап концентрации) обычно рассматривается как результат сочетания стесненного падения минеральных зерен и просачивания их в промежутках друг между другом. Также благодаря относительно высокой скорости сдвига потока в винтовом желобе значительную роль играет сила Багнольда (сила вертикального сдвига частиц). В результате этого этапа происходит следующее: по вертикали тяжелые частицы переходят в низкоскоростную зону потока пульпы (образующуюся в результате сил трения) у поверхности желоба, а легкие наслаиваются над ними в зоне потока с большей скоростью. Спиральный изгиб транспортирующей поверхности винтового сепаратора служит причиной возникновения градиента скорости текущего потока не только в вертикальном, но и в радиальном направлении, т. е. центробежного (рис. 2).

Рис. 2 Поперечная циркуляция пульпы на винтовом желобе

Различия в центробежных силах, действующих на различные компоненты потока, заставляют его циркулировать в поперечном направлении. Струя потока вблизи его поверхности движется к наружному борту винта с максимальной скоростью; далее она движется вниз у поверхности винта. Затем, придерживаясь спиральной поверхности, направляется к внутреннему борту. Эта поперечная циркуляция потока заставляет тяжелые минералы перемещаться внутри по направлению к сборнику концентрата, а легкие, быстро плывущие, но медленно оседающие минералы остаются на траектории внешнего борта сепаратора.

Особенностью многих винтовых сепараторов является добавка смывной воды во внутренний радиус желоба через небольшие промежутки его высоты. Добавка этой воды помогает отделять легкие частицы от поверхности слоеной постели минералов у внутреннего радиуса витка и направлять их к его наружному радиусу.

Многие исследователи занимались изучением конечного этапа концентрации на винтовом сепараторе - разделения.

Попробуем рассмотреть некоторые из известных концепций. Для объяснения сущности разделения расслоившихся частиц на винтовых аппаратах имеется несколько подходов. При объяснении механизма разделения частиц в радиальном направлении в желобе винтового аппарата М. Глисн [10] придает важное значение поперечной циркуляции; его поддерживает А. Таггарт [9]. Существенным фактором процесса разделения частиц на винтовом аппарате А. И. Поваров [5] считал также поперечную циркуляцию. Л. Г. Подкосов [6] склоняется к точке зрения К. В. Соломина [8], отмечая, что разделение минеральных частиц в желобе винтового аппарата осуществляется по установившимся скоростям их движения, что, в конечном счете, влечет за собой появление различных траекторий и скоростей движения как для тяжелых, так и для легких частиц.

Обобщая вышесказанное, можно отметить, что расслоение тяжелых фракций минералов на винтовых сепараторах происходит под действием различных механизмов: классификации (стесненное движение частиц), просачивания (межзерновые промежутки), вертикального сдвига Багнольда, а также поперечной циркуляции потока пульпы. Во многих аппаратах для гравитационного обогащения присутствуют первые два механизма, в некоторых - первые три, но наличие поперечной циркуляции потока пульпы делает винтовые аппараты уникальным оборудованием.

Исследования по переработке лежалых и текущих хвостов ЗИФ «Высочайший»

При переработке техногенного минерального сырья, содержащего благородные металлы, в настоящее время прослеживается устойчивая тенденция к включению гравитационного обогащения в технологию их переработки [1; 3; 4]. В отделе комплексного использования минерального сырья Института земной коры СО РАН совместно с Инжиниринговым центром по переработке техногенного сырья Иркутского государственного университета, а также Иркутским научным центром СО РАН и ООО ПК «Спирит» проведены технологические испытания на лабораторных пробах лежалых и текущих хвостов ЗИФ «Высочайший» по схеме, включающей первичную концентрацию золота методом гравитационного обогащения с применением винтовых аппаратов.

Минеральный состав пробы текущих хвостов ЗИФ «Высочайший»

Правильно выбрать способ технологической переработки минерального сырья нельзя без детального изучения его вещественного состава. Одним из главных направлений при изучении вещественного состава и оценки технологических свойств является минералогический состав, т. е. содержание минералов, и выявление формы проявления важнейших элементов, входящих в состав исследуемого сырья [2].

В настоящей работе представлены данные минерального состава пробы текущих хвостов ЗИФ «Высочайший». Для проведения минералогического анализа была отобрана навеска массой 64,5 г. Полуколичественный минералогический анализ проведен с предварительным гравитационным фракционированием материала пробы в бромоформе (р = 2,9 г/см³). При проведении гравитационного фракционирования материала пробы выделены две фракции - легкая и тяжелая (табл. 1).

Таблица 1

Результаты гравитационного фракционирования пробы текущих хвостов ЗИФ «Высочайший» в бромоформе