За последнее десятилетие в литературе появилась информация о разработке принципиально новой технологии отсадки /1–7/. Австралийская фирма «Gekko Systems Pty Ltd.» (далее Gekko) разработала и внедрила новую отсадочную машину «IPJ» (Inline Pressure Jig — отсадочная машина внутреннего давления). В основе новой разработки лежит идея возвращения к принципу «прямой» отсадки.
Как известно, процесс отсадки с незапамятных времен осуществлялся путем придания отсадочному решету возвратно-поступательных движений в водной среде в вертикальной плоскости. Подобным образом вручную мыли золотоносные и алмазоносные пески старатели в прошлых веках и до начала двадцатого века. В начале XX века появились первые отсадочные машины Баума, реализующие процесс прямой отсадки с подвижным решетом. Колебание короба с решетом осуществлялось при помощи кривошипно-шатунных, эксцентриковых и подобных им механизмов. Разделение обогащаемого зернистого материала происходило под влиянием двух механизмов: сегрегации смеси при встряхивании и разделения за счет разности в скорости падения зерен различной плотности в воде. Механический привод машин требовал тщательного ухода и, тем не менее, был подвержен поломкам из-за значительных знако-переменных нагрузок на узлы и детали. Постепенно в погоне за надежностью, высокой производительностью машин и более высокими частотами колебаний инженерная мысль повернула процесс в направлении создания машин «обратной» отсадки, когда создается возвратно-поступательный пульсирующий поток воды через неподвижное решето (диафрагмовые машины, машины с подвижным коническим днищем и, наконец, воздушно-пульсационные машины). Удалось создать машины большой единичной производительности (до 600–1000 т/ч) с широким диапазоном частот пульсаций (60–300 пульсаций в минуту). Но вместе с этими достижениями был утрачен один из существенных механизмов отсадки — сегрегация при встряхивании решета. Поэтому самые совершенные машины, реализующие процесс обратной отсадки по эффективности разделения, так и не смогли сравниться с машинами Баума.
В конце прошлого века к идее прямой отсадки вернулись конструкторы завода «Труд» (Новосибирск), Луганского машиностроительного завода и института «Гипромашуглеобогащение» (Луганск). Новосибирцы разработали и освоили серийный выпуск двух типоразмеров отсадочных машин: Труд-6ПР и Труд-12 производительностью 110–150 т/ч и 200 т/ч. Эти машины совмещают эффект подвижного решета и диафрагмовой машины, т.к. решето, приводимое в движение кривошипно-шатунным механизмом, соединено с ванной машины посредством эластичной диафрагмы /8/.
Луганские машиностроители освоили серийное производство пяти типоразмеров машин с подвижным решетом производительностью от 1,5 до 160 т/ч /9/. Институт «Гипромашуглеобогащение» производит два типоразмера производительностью до 100–180 т/ч. В тех и других машинах луганского производства колебания решета создаются посредством пневмобаллонов, работающих от системы сжатого воздуха /10/.
Институт «Якутнипроалмаз» в 90-х годах прошлого века разработал машину с подвижным решетом «Гром ПР» производительностью до 1,5 т/ч для обогащения геологоразведочных проб. В этих машинах совмещен механизм подвижного решета и диафрагмовой машины. Решето приводится в движение пневмобаллонами от системы сжатого воздуха. Три машины «Гром ПР» с 1996 г. успешно эксплуатируются на геологической обогатительной установке горнорудного общества «Катока».
Общей отличительной особенностью машин с подвижным решетом является более низкий расход воды и сжатого воздуха, более высокая точность и эффективность разделения.
Специалисты Gekko реализовали принцип сочетания механизма диафрагмовой машины и подвижного решета, использовав достижения техники в области гидроприводных систем. При этом они пошли дальше, создав герметичную конструкцию, работающую под давлением, создаваемым гидростатическим столбом гидросмеси исходного питания, либо насосом, подающим эту гидромесь в машину. Новая машина отличается круглым решетом, на которое питание подают в центр решета. Особенность машины в том, что вода не подается через решето, а постоянно находится в камере машины, так что скорость ее движения не возрастает (отсутствует интенсивный горизонтальный поток воды от загрузки к хвостовому порогу), благодаря чему мелкие частицы более высокой плотности оседают на дно решета, а не остаются в верхнем слое. Происходит более полное разделение материала по плотности с более высоким извлечением полезного компонента. При этом улавливаются частицы в диапазоне крупности от 1 мм до 50 микрон. Кроме того, новая машина потребляет на 20% меньше энергии. Фирма продала уже около 300 ед. новых машин, из них около 70% — за пределы Австралии. Машины применяют в золото- и алмазодобывающей промышленности, а также при обогащении оловосодержащих и танталовых руд. Gekko имеет филиалы в ЮАР и Канаде и планирует выйти на рынки Южной Америки и России.
В настоящее время фирма «Gekko» выпускает машины IPJ 600, 1000, 1500 и 2400 производительностью 5, 25, 50 и 100 т/ч соответственно.
Преимущества, которыми обладают машины этого ряда по сравнению с традиционными отсадочными машинами:
1. Низкое потребление воды (0,3-0,5 м3/т питания). Потребление воды на традиционных отсадочных машинах, используемых в АК «АЛРОСА», — 3,0–3,5 м3/т питания. Машины IPJ могут работать на плотности питания 0–80% твердого.
2. Небольшие габаритные размеры по сравнению с традиционными отсадочными машинами. Высокая удельная нагрузка по твердому на единицу площади решета.
3. Высокое извлечение при отсадке тонких классов, что обусловлено конструкцией камеры и двухуровневым расположением решета, а также необходимой малой толщиной постели по сравнению с традиционной отсадкой.
4. Разгрузка хвостов и концентрата осуществляется под небольшим давлением, что позволяет во многих случаях отказаться от перекачки этих продуктов в последующие операции.
5. Высокая надежность. Только два движущихся механизма: гидромотор и гидроцилиндр.
6. Легкость и широкий диапазон регулировок цикла пульсаций. Можно регулировать следующие параметры: частоту и амплитуду колебаний; скорость фазы подъема и фазы опускания (независимо), т.е. характер цикла; расход подрешетной воды. Все показатели отображаются на дисплее, их легко контролировать. Такой широкий диапазон регулировок позволяет оптимизировать режим для конкретных условий и обеспечивает высокое извлечение.
7. Регулировки, перечисленные в п.6, позволяют достаточно просто изменять выход концентрата в пределах от 5 до 40%.
8. Малая толщина материала постели и широкий выбор плотностей материала постели.
9. Все поверхности, контактирующие с пульпой, футерованы резиной и полиуретаном.
10. Крупность питания — до 30 мм.
11. Малый расход электроэнергии.
12. Сохранность концентрата. Машина полностью закрыта сверху. Концентрат и хвосты разгружаются по трубам, находящимся под давлением.
Для применения на алмазосодержащем сырье выпускают машины со следующими отличиями от стандартного исполнения:
1. Решето изготавливается из проволоки клиновидной формы и имеет концентрические отверстия.
2. Искусственная постель, представляющая из себя полиуретановые шарики с металлическим наполнителем. Подбор оптимальной плотности постели.
3. Двойной слой резиновой футеровки по сравнению с обычным исполнением.
4. Смотровые лючки оборудованы замками и блокировками — для исключения несанкционированного доступа к алмазосодержащему сырью.
5. Дополнительные расходомеры для концентрата и хвостов.
6. В качестве дополнительной опции может выпускаться в исполнении для работы в единой системе управления фабрикой.
В условиях эксплуатации машины на алмазосодержащем сырье имеются следующие особенности:
Диапазон крупности питания — от 1,5 до 22 мм.
Снижение производительности, по сравнению со стандартным применением, приблизительно на 10%
Рассмотрим объявленные преимущества более подробно.
Низкое потребление воды. Как уже отмечалось, все машины с подвижным решетом отличаются от машин «обратной» отсадки пониженным расходом воды, т.к. на необходимое разрыхление постели в большей степени влияет энергия подвижного решета и в меньшей степени вода, подаваемая под решето. Этот эффект усиливается при наличии эластичной диафрагмы между решетом и шпицкастеном машины. В этом случае имеет место повышенная энергия относительного возвратно-поступательного потока воды через отверстия решета. В машинах IPJ этот эффект, по-видимому, усиливается еще и по причине некоторого избыточного давления в объемах пульпы над и под решетом. Расход подрешетной воды при обогащении железных и марганцевых руд в традиционных отсадочных машинах составляет в среднем от 3,0–3,5 до 5,0–7,0 м3/т /11/. В машинах с подвижным решетом Луганского машиностроительного завода декларируется уменьшение удельного расхода воды в 4 раза, т.е. 0,75–1,75 м3/т /9/. Компания «Gekko» декларирует расход подрешетной воды в машинах IPJ на уровне 0,3-0,5 м3/т при Ж:Т в исходном питании от 2:1 до 0,25:1 (содержание твердого в питании от 32 до 80%). Итого, расход воды — от 0,55 до 2,5 м3/т. Специалистами компании «De Beers» при внедрении отсадочных машин IPJ2400 на руднике WDL (Танзания) рекомендован расход подрешетной воды на уровне 0,2 м3/т при Ж:Т в исходном питании 1,3:1. Итого, расход воды на процесс отсадки составит 1,5 м3/т.
В настоящее время на предприятиях АК «АЛРОСА» расход подрешетной воды на процесс «обратной» отсадки составляет от 3,5 до 4,5 м3/т.
Небольшие габаритные размеры при высокой удельной нагрузке. Удельная нагрузка по исходному питанию, декларируемая компанией «Gekko», составляет для обогащения алмазосодержащего сырья до 17,8 т/ч на м2 отсадочного решета. Габариты машины при этом составляют 2500х2500х3200 мм, масса машины — 4,1 т. Для сравнения, габариты отсадочной машины МО-208 аналогичной производительности составляют 4980х3440х5300 мм при массе 14,3 т. Удельная нагрузка при этом составляет для руд черных, цветных и редких металлов 8,0–10,0 т/ч на м2 отсадочного решета. Для достижения извлечения алмазов на уровне 90–95% при выходе концентрата 20–25% институтом «Якутнипроалмаз» рекомендуется удельная нагрузка на машины типоразмерного ряда МО не выше 7 т/ч на м2 отсадочного решета. Извлечение алмазов, равное 98-99% при выходе концентрата 20–25% на обогатительной фабрике ГРО «Катока», достигается при удельной нагрузке не выше 5,0 т/ч на м2 отсадочного решета.
Специалистами компании «De Beers» при внедрении отсадочных машин IPJ2400 на руднике WDL (Танзания) рекомендована удельная нагрузка 15,5–16,6 т/ч на м2 отсадочного решета. /7,12/.
Высокое извлечение. Компания «Gekko» декларирует извлечение алмазов на уровне 98–99% при выходе концентрата 0,5–30%. Известно, что выход концентрата гравитационных процессов обогащения напрямую зависит от содержания тяжелых фракций в обогащаемом сырье. Из известных в практике обогащения алмазосодержащего сырья примеров на отсадочных машинах IPJ проекта WDL (Танзания), где на отсадку поступают лежалые хвосты тяжелосредной сепарации прошлых лет, стопроцентное извлечение имитаторов (трассеров) крупностью 4 мм и выше удельного веса 3,5 г/см3 достигается при выходе концентрата от 7 до 13%.
Высокая надежность. Отсутствие подшипниковых узлов, редукторов, цепных передач, механических узлов для разгрузки продуктов разделения предполагают повышенную механическую надежность машины, которая имеет только два движущихся механизма: гидромотор и гидроцилиндр.
Малый расход электроэнергии. Мощность привода гидромотора IPJ2400 составляет 4,0 КВт. Если питание подается насосом, то необходимо учитывать мощность его привода. В любом случае потребление электроэнергии намного ниже, чем при использовании воздушно-пульсационных машин и на порядок ниже, чем при использовании тяжелосредной технологии.
Сохранность концентрата. Машина полностью закрыта сверху: и концентрат и хвосты разгружаются не в атмосферу, а по трубам, находящимся под давлением. Эта технология более защищена от несанкционированного доступа к продуктам разделения, чем тяжелосредная технология и тем более традиционная отсадка.
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ
В 1997 г. De Beers начала исследовательские работы по применению отсадочной машины GEKKO для различных видов алмазосодержащего сырья: продуктов, полученных в результате измельчения руды, россыпей, морских россыпей и лежалых хвостов. В ходе исследований был выявлен ряд моментов, потребовавших доработки машины для специфических условий алмазосодержащего сырья. Такие доработки были выполнены. Технологическая информация, находящаяся в открытом доступе, крайне ограничена.
Williamson Diamond Mine (Танзания). Шесть отсадочных машин IPJ 2400 работают в схеме предварительной концентрации алмазов перед тяжелосредной сепарацией на фабрике по переработке лежалых хвостов прошлых лет. Крупность обогащаемого сырья минус 3+1,5 мм. Выход концентрата — 10–15% при стопроцентном извлечении алмазов крупнее 4 мм. Извлечение алмазов мельче 4 мм составляет 96–98%. Эксплуатационные расходы составляют менее чем $0,02/т, в то время как при использовании тяжелосредной сепарации — $0,25/т.
Применение отсадочных машин уменьшило полную себестоимость обработки хвостов при низкой стоимости капитальных затрат. Сокращения коснулись также водопотребления и энергопотребления.
Kimberley Diamond Company, Ellendale Diamond Project (Австралия). Включение отсадочных машин IPJ 2400 в схему обогатительной фабрики позволило увеличить переработку сырья с 500000 т/год до более чем 715000 т/год при низкой стоимости капитальных затрат.
Boungou River Project (Центральная Африканская Республика). Компания «Gekko» поставила комплектную модульную фабрику для обогащения песков россыпного месторождения, включая все вспомогательные модули, водоснабжение и дизельную электростанцию. Технологическая цепочка включает две стадии отсадки — основную и перечистную при производительности 50 т/ч. Установка была полностью смонтирована непосредственно на заводе и поставлялась в виде готовых модулей.
BHP, рудник Ekati (Канада). Принята в эксплуатацию с высокими технологическими показателями установка извлечения мелких алмазов (минус 1,6 +0,65 мм), включающая три отсадочные машины IPJ1500. Установка полностью автоматизирована и оснащена КИП. Технологический процесс запатентован.
Кроме этого имеются сведения об использовании (испытаниях) технологии IPJ для дражной переработки сырья миниатюрных отмелей в NamDeb, на морских судах De Beers, на мобильной алмазоперерабатывающей установке в Намибии. Проводятся испытания по извлечению мелких алмазов в Debswana.
К настоящему времени Gekko разработала пилотную исследовательскую установку для обработки крупнообъемных проб россыпных месторождений на базе технологии IPJ-отсадки.
Разработана и изготавливается комплектная фабрика по извлечению алмазов из коренных руд Ballarat Gold Fields производительностью до 2,1 млн.т/год. Технологическая схема включает стадиальное дробление, гравитационное обогащение по технологии отсадки IPJ, додрабливание хвостов обогащения в валковом прессе высокого давления, доводку. Схема позволяет извлекать алмазы крупностью до 0,1 мм, а извлечение алмазов крупнее 0,5 мм достигается на уровне 99%.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Анализ результатов исследований закономерностей процесса отсадки в машинах IPJ2400 на руднике «Вильямсон» в Танзании свидетельствует о высокой эффективности IPJ технологии. По степени извлечения алмазов отсадка IPJ практически не уступает процессу тяжелосредного обогащения. По степени сокращения этот процесс хоть и превосходит процесс традиционной отсадки, но все же уступает тяжелосредному обогащению. Необходимо в каждом конкретном случае выполнять исследования по оптимизации технологии IPJ с целью минимизации выхода концентрата при максимальном извлечении. Исследования /12/, проведенные специалистами «De Beers», показали возможность достижения извлечения индикаторов, имитирующих алмаз, на уровне 99–100% при выходе концентрата 13–15%. Следует учесть, что исходным сырьем отсадочных машин на руднике «Вильямсон» являются хвосты тяжелосредного обогащения, т.е. материал, обедненный тяжелыми фракциями. К сожалению, другой информации об исследованиях обогатимости того или иного сырья методом отсадки IPJ в свободной печати не обнаружено.
Следует правильно понимать рекламный характер утверждения о снижении расхода воды при использовании технологии IPJ. Декларируемый расход 0,3–0,5 м3/т скорее всего учитывает воду, необходимую для разгрузки и транспортировки концентрата, и не учитывает воду с исходным питанием, которая подается в машину в виде пульпы. Так, в результате выполнения исследований по оптимизации передела IPJ на руднике «Вильямсон», рекомендована производительность IPJ2400 на уровне 70–75 т/ч по сухому твердому и объемная производительность по исходной пульпе на уровне 130 м3/ч. Это означает рекомендуемое соотношение Ж:Т в питании 1,3–1,4 : 1 или расход воды с питанием машины 1,3–1,4 м3/т. Добавив к этому рекомендуемый расход воды на разгрузку и транспортировку концентрата, получаем полный расход воды 1,5–1,6 м3/ч. И хотя установленный таким образом расход воды превышает рекламную цифру, все же расход воды гораздо ниже, чем при использовании традиционного процесса «обратной» отсадки (3,0–7,0 м3/т) или тяжелосредной технологии (4,0–4,1 м3/т).
Остальные, не требующие доказательств, преимущества машин IPJ (невысокая стоимость, незначительные габариты и масса основного оборудования, малое энергопотребление) обусловили применимость технологии IPJ как вспомогательного процесса перед тяжелосредной сепарацией, так и самостоятельного процесса, способного в разветвленных схемах отсадки с перечистными и контрольными операциями достигать высоких технологических показателей, не уступающих показателям тяжелосредного обогащения.
Из материалов презентация Gekko Systems в Иргиредмете в 2007 г. следует, что внедрение технологии отсадки на вновь строящихся объектах и при реконструкции действующих позволяет достичь 50% сокращения капитальных расходов по фабрике.
Сокращаются эксплуатационные расходы: если расчетная себестоимость обогащения 1 т сырья на тяжелосредной установке составляет $0,26, то на отсадке IPJ — $0,02. При комбинации процессов IPJ и ТСО, когда сырье сначала обогащается на отсадочных машинах, а затем перечищается на ТСУ, достигается значительное сокращение эксплуатационных расходов фабрики:
- более 70% экономии средств на FeSi;
- меньшее потребление электроэнергии: IPJ ≤ 4,0 kВт потребления на 100 т/ч (ТСО ~ 200 kВт);
- низкие расходы на техобслуживание.
Очевидные преимущества комбинации процессов ТСО и IPJ не нашли отражения ни в одном из проектов реконструкции предприятий АК «АЛРОСА» по причине отсутствия опыта эксплуатации IPJ в условиях АЛРОСА, отсутствия экспериментального подтверждения декларируемых технологических преимуществ альтернативной технологии.
Целесообразно приобретение опытной машины и выполнение цикла исследований по адаптации процесса отсадки IPJ к технологии обогатительных предприятий АЛРОСА.
Литература:
1. Nigel Grigg.Diamond Projects.Pre-Concentration with InLine Pressure Jigs. 2007 г. (презентация в ОАО «Иргиредмет»)
2. Gekko Systems IPJ – Отсадочная машина работающая под давлением (презентация компании CETCO)
3. MarketingCaseStudyArgyleDiamondsEmailVersion. Argyle Diamonds Мine. Western Australia, 2005 (проспект)
4. InLinePressureJigFeaturesbrochure. Ballarat Victoria. Australia, 2005 (проспект)
5. InLinePressureJigbrochure. (проспект)
6. DiamondIPJBrochurewithinserts. (проспект)
7. H.van der Walt, T.Mtshweni. WDL IPJ Testwork rev 2.0. Отчет «Де Бирс», 2005
8. Перечень оборудования. ОАО Завод Труд. Каталог оборудования.
9. Машины отсадочные. ООО «Луганский машиностроительный завод имени А.Я. Пархоменко, каталог, 2007.
10. Обогатительное оборудование. Гипромашуглеобогащение,. Каталог-2008.
11. Справочник по обогащению руд. Недра, М. 1974.
12. D.Davidson, H. van der Walt, Russell Heins. Use of InLine Pressure Jig in Diamond Applications. Отчет «Де Бирс», 2005.
-0+0
