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

Размещено на http://www.allbest.ru/

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).

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

Данные гравитационного фракционирования пробы хвостов свидетельствуют о том, что основная масса материала представлена минералами легкой фракции - кварцем, мусковитом, обломками породы, карбонатами. Суммарно ее содержание в пробе составило 93,6 %. На долю тяжелой фракции приходится всего 6,4 % материала пробы.

Необходимо отметить, что карбонатные минералы и обломки породы присутствуют как в легкой фракции, так и в тяжелой. Наличие карбоната в обеих фракциях обусловлено их переменчивой плотностью - от 2,6 до 3,9 г/см³ в зависимости от минерального вида. Обломки породы карбонатного состава по этой же причине извлекаются в тяжелую фракцию.

Минеральный состав пробы определен с помощью методов оптикоминералогического анализа с применением бинокулярного стереоскопического микроскопа «Микромед MC-2 ZOOM» и поляризационного микроскопа «МИН-8» (табл. 2).

Из анализа приведенных данных видно, что исследуемая проба на 43,8 % состоит из обломков породы. Они представлены серыми и черносерыми обломками сланцев кварцево-углисто-слюдистого состава, иногда в их составе присутствуют карбонаты. На долю породообразующих минералов (кварц, слюда) приходится 37,8 %. В количестве 9,4 % установлены карбонаты, в 4,1 % - турмалин, 2,6 % - магнетит. На долю сульфидных минералов (пирит, пирротин, халькопирит) суммарно приходится 1,3 % пробы. В единичных зернах отмечены апатит и пироксены. Вторичные минералы (гидроокислы железа) установлены в количестве 0,1 %. Содержание эпидота составило 0,2 %.

Таблица 2

Минеральный состав пробы текущих хвостов ЗИФ «Высочайший»

Технологическая схема концентрации золота и методика проведения эксперимента на винтовом сепараторе

Анализ имеющейся информации по характеристике вещественного состава и данных, приведенных выше, позволяют применить для первичной концентрации золота технологию винтовой сепарации.

Подготовка исходного материала текущих и лежалых хвостов ЗИФ «Высочайший» к процессу обогащения на винтовых аппаратах состояла в проведении следующих последовательных операций:

- длительное нахождение материала проб в хвостохранилище обусловливает проведение операции диспергирования минеральных частиц в водной среде перед обогащением. Механоактивация исходного материала способствует осуществлению совместно или параллельно операций размачивания, размывания, перемешивания, разрыхления и очистки минеральных зерен друг от друга;

- дешламация (методом отмучивания) с целью удаления шламистого класса крупности менее 0,02 мм, определяющего неизбежные потери при гравитации и флотации.

Концепция построения технологической схемы обогащения подчинена, в первую очередь, обеспечению наиболее высоких показателей извлечения золота по гравитационной технологии, являющейся экологически чистой и с более низкими эксплуатационными затратами (рис. 3) [1; 3; 4].

Крупность исследуемого материала проб (менее 0,125 мм) является благоприятной для его обогащения на винтовых аппаратах для шламов (ШВм), ламинарный режим которых позволяет эффективно извлекать минеральные зерна крупностью от 0,5 до 0,020 мм.

Рис. 3 Принципиальная схема обогащения лежалых и текущих хвостов ЗИФ «Высочайший»

В целом технологическая схема лабораторных испытаний скомпонована с учетом определения оптимального количества операций для максимального извлечения золота.

Гравитационная технология извлечения золота состояла из трехстадийной винтовой сепарации на винтовом аппарате для обогащения шламов (ШВм), с контрольной операцией хвостов и перечисткой концентрата с целью получения качественного чернового гравиоконцентрата.

При выборе режима сепарации учитывалась практика и результаты исследований по сепарации на винтовых сепараторах мелко- и тонкозернистого материала [4]. Режим винтовой сепарации: производительность по твердому основной винтовой сепарации - 350 кг/ч при содержании твердого в питании - 40-45 %; в контрольной - 300 кг/ч при 40 % твердого; в пере- чистной - 250 кг/ч при 40 % твердого.

Доводка гравиоконцентратов обеих проб, полученных в результате технологических исследований, проводилась путем концентрации на столе.

Результаты

Полученные продукты обогащения после отстаивания, фильтрации методом декантации, сушки, взвешивания путем методического перемешивания подготавливались к аналитическим работам.

С целью минимизации ошибки анализа за счет квартования продуктов обогащения, поступающих на пробирный анализ, полученные концентраты истирались и подвергались анализу полностью (табл. 3).

Таблица 3

Показатели обогащения двух проб хвостов ЗИФ «Высочайший»

Результаты опытов гравитационного обогащения лежалых и текущих хвостов ЗИФ «Высочайший» показывают, что полученные концентраты с содержанием благородного металла 20,83 и 50,68 г/т могут быть отправлены на заводы цветной металлургии или переработаны на действующей обогатительной фабрике гидрометаллургическим методом (цианированием).

Заключение

Опираясь на вышеизложенные результаты тестовых испытаний, можно заключить следующее.

Результаты проведенных лабораторных технологических исследований лежалых и текущих хвостов ЗИФ «Высочайший» позволяют характеризовать их как потенциально возможные промышленные объекты.

Хвосты ЗИФ «Высочайший» могут быть переработаны по гравитационной технологии с применением винтовых аппаратов конструкции и производства ООО ПК «Спирит».

В качестве гравитационного аппарата в соответствии с крупностью обрабатываемого материала использованы винтовые аппараты для обогащения шламов (ШВм).

Винтовые аппараты отличаются простотой устройства, стабильно работают на оборотной воде, кроме того, процесс обогащения наблюдается визуально и поэтому легко поддается регулированию. Необходимо отметить, что винтовые аппараты нового поколения эффективно извлекают в концентрат тяжелые минералы крупностью до 2 мм, что позволяет применять однотипное оборудование в цикле гравитационного обогащения. Данный фактор будет способствовать снижению эксплуатационных затрат, а именно уменьшению времени остановки оборудования на ремонт, отсутствию затрат на запчасти.

Вовлечение в отработку лежалых и текущих хвостов ЗИФ «Высочайший» позволит увеличить минерально-сырьевую базу золота и продлить сроки работы предприятия.

Список литературы

1. Аникин М. Ф. Винтовые аппараты для обогащения руд / М. Ф. Аникин, В. Д. Иванов, М. Л. Певзнер. М.: Недра, 1970. 184 с.

2. Дорошенко И. В. Технологические свойства минералов: справ. для технологов / И. В. Дорошенко, Т. В. Башлыкова. М.: Теплоэнергетик, 2007. 296 с.

3. Зеленов В. И. Методика исследования золото- и серебросодержащих руд / В. И. Зеленов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1989. 302 с.

4. Иванов В. Д. Винтовые аппараты для обогащения руд и россыпей в России / Д. Иванов, С. А. Прокопьев. М.: Дакси, 2000. 239 с.

5. Поваров А. И. Испытание обогатимости отходов обогатительной фабрики им. М. Кирова на вертикальном спиральном сепараторе / А. И. Поваров. СПб.: Фонды Механобра, 1952. 52 с.

6. Подкосов Л. Г. О развитии теории гравитационного обогащения / Л. Г. Подкосов // Минерал. сырье. 1970. № 21. С. 12-17.

7. Прокопьев Е. С. Существующие механизмы разделения минеральных частиц на винтовых сепараторах / Е. С. Прокопьев, С. А. Прокопьев, К. В. Федотов // Горн. ин- форм.-аналит. бюл.: науч.-техн. журн. 2014. № 1. 20 с.

8. Соломин К. В. Общие принципы процесса обогащения полезных ископаемых на винтовых сепараторах / К. В. Соломин. М.: Госгортехиздат, 1960. 395 с.

9. Таггарт А. Ф. Основы обогащения руд / А. Ф. Таггарт. М.: Металлургиздат, 1958. 566 с.

10. Gleeson G. W. Why the Humphreys spiral works. Eng. And Mining J., 1945, N 3. P. 15-17.

References

1. Anikin M.F, Ivanov V.D., Pevzner M.L. Vintovye apparaty dlya obogashcheniya rud [Spiral devices for ore processing]. Moscow, Nedra, 1970, 184 p.

2. Doroshenko I.V., Bashlykova, T.V. Tekhnologicheskie svoistva mineralov: Spravochnik dlya tekhnologov [Processing properties of minerals: Handbook for process engineers]. Moscow, Teploenergetik, 2007, 296 p.

3. Zelenov V.I. Metodika issledovaniya zoloto- i serebrosoderzhashchikh rud [Technique of gold- and silver-bearing ores researching]. M., Nedra, 1989, 301 p.

4. Ivanov V.D., Prokopiev S.A. Vintovye apparaty dlya obogashcheniya rud i rossypei v Rossii [Spiral apparatuses for concentration of ores and placers in Russia]. Moscow, Daksi, 2000, 239 p.

5. Povarov A.I. Ispytanie obogatimosti otkhodov obogatitelnoi fabriki im. S.M. Kirova na vertikal'nom spiral'nom separatore [Experimental dressing of S.M. Kirov Processing Factory tailings using vertical spiral separator]. St. Petersburg, Fondy Mekhanobra, 1952, 52 p.

6. Podkosov L.G. Developing gravity enrichment theory [Mineral'noe syrie], 1970, vol. 21, pp. 12-17 (in Russian).

7. Prokopiev E.S., Prokopiev S.A., Fedotov K.V. Existing mechanisms of division of mineral particles in spiral separators [Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten'], 2014, 20 p.

8. Solomin K.V. Obshchie printsipy protsessa obogashcheniya poleznykh iskopaemykh na vintovykh separatorakh [General principals of spiral separation of mineral resources in spiral separators]. Moscow, Gosgortekhizdat, 1960, 395 p.

9. Taggart A.F. Osnovy obogashcheniya rud [Basics of ore dressing]. Moscow, Metal- lurgizdat, 1958, 566 p.

10. Gleeson G.W. Why the Humphreys spiral works [Engineering and Mining Journal], 1945, vol. 3, pp. 15-17.

Размещено на Allbest.ru