Обогащение золотосодержащих песков на шлюзах. Основные закономерности и технологические возможности процесса

Замятин О.В., к.т.н., ОАО «Иргиредмет»
Золотодобыча, №169, Декабрь, 2012

Обогащение на шлюзах с улавливающим покрытием является главным способом извлечения самородного золота из россыпей. Его широкое применение обусловлено простейшим аппаратурным оформлением, высокой степенью концентрации, отсутствием необходимости других источников энергии, кроме транспортирующего водного потока, минимальными капитальными вложениями и эксплуатационными расходами.

Основной недостаток этого способа — неполное извлечение золота, особенно мелкого. Поэтому очень важно определить потенциальные возможности процесса за счет оптимизации его параметров и рационализации конструкции шлюзов.

Обогащение на шлюзах с самотечным транспортированием обогащаемых песков — простейший процесс, когда концентрация достигается расслоением шлиховых минералов и зерен минералов пород только под естественным действием на минеральные частицы силы тяжести и гидродинамического воздействия турбулентного потока. В то же время в этом процессе, как и в других двухфазных динамических гидравлических системах, траекторию отдельно взятой частицы детерминировано описать нельзя, и подобным образом исследовать этот процесс чисто аналитически не удается. Практически более продуктивно исследовать процесс обогащения на шлюзах как массовый случайно-вероятностный.

Исключая начальный и концевой участок, гидродинамика потока по длине шлюза не меняется, поскольку не меняется уклон шлюза, дебит и консистенция пульпы.

В этих условиях улавливающая способность шлюза по длине постоянна, а извлеченное количество зерен золота (или других шлиховых минералов) равной крупности и плотности на последовательно расположенных участках шлюза равной длины соответствует убывающей геометрической прогрессии. Извлечение золота (других шлиховых минералов) в зависимости от длины шлюза выражается уравнением кинетики первого порядка (рис. 1):

ε = 1 – e-KL,

где

ε — извлечение фракции, в долях единицы;

L — длина шлюза, м;

k — коэффициент кинетики.

Применительно к самородному золоту (другим шлиховым минералам) под фракцией можно понимать узкий класс крупности по ситовому анализу. По принятой терминологии коэффициент k может быть назван константой осаждения (улавливания) по длине шлюза или коэффициентом кинетики.

Исследованиями, выполненными в институте «Иргиредмет», установлена зависимость коэффициента кинетики от основных параметров потока на шлюзах и основных физических характеристик улавливаемых зерен.

При выражении длины шлюза через безразмерное соотношение L/h, эффективность извлечения ценных компонентов в основном определяется соотношением параметров Фруда для частицы w2/dq и для потока v2/hq,  где:

h — глубина потока, м;

w — гидравлическая крупность (скорость свободного падения в воде) зерен различной фракции;

d — геометрическая крупность зерен расчетной фракции (средний размер зерен расчетной фракции по ситовому анализу);

q — ускорение силы тяжести;

v — средняя скорость потока на шлюзе.

Приведенные зависимости являются основополагающими результатами проведенных исследований.

Параметр w2/d, как известно, является главным критерием подобия в гидравлических процессах с преобладающим действием сил тяжести. Процессы осаждения относительно крупных зерен из водного турбулентного потока и обогащение песков на шлюзах относятся именно к этому классу.

В том случае, когда в качестве характерного линейного размера для потока в числе Фруда выступает его средняя глубина (как приведено выше), данный параметр в классической гидравлике называют параметром кинетичности, этим подчеркивая его прямую связь с кинетической энергией потока.

Учитывая известные зависимости гидравлической крупности зерен от их плотности и геометрической крупности в различных интервалах значений последней (формулы Стокса, Аллека, Риттингера), значение параметра w2/d и определяемая им эффективность осаждения зерен на шлюзах, при прочих равных условиях, повышаются с увеличением плотности зерен, а при увеличении крупности зерен повышается лишь до определенного, предельного для зерен данной плотности значения. Данная зависимость для зерен самородного золота, касситерита, кварца и породы показана на рис. 2.

Первый вывод. Полученная зависимость позволяет сделать вывод о том, что максимального значения отношение w2/d достигает при крупности зерен по ситовому анализу, равной 1,5–3,0 мм в зависимости от их плотности. Зерна шлиховых минералов данной крупности должны извлекаться на шлюзах наиболее эффективно, если все зерна являются «транспортабельными»  потоком.

Очевидно, что определенное влияние отношение w2/d, как характерный параметр, имеет место и при других гравитационных методах обогащения. В частности, достоверно установлено, что извлечение вольфрамита, касситерита, ильменита, магнетита, граната крупнее 1,5 мм на струйных аппаратах существенно ниже, чем извлечение тех же минералов крупностью до 1,0 мм. То же наблюдается и при обогащении на концентрационных столах — крупные зерна (3–4 мм) тяжелых минералов переходят в промежуточный продукт.

Второй вывод. Важный вывод можно сделать относительно максимальной крупности извлекаемого на шлюзах полезного компонента. Он следует из соотношения, при котором извлечение минералов данной фракции (w, d) равно нулю независимо от длины шлюза:

W2/d = (kv v2 )/ h,

где kv — коэффициент, характеризующий соотношение вертикальной и горизонтальной составляющих скорости потока.

Селективность извлечения шлиховых минералов при обогащении на шлюзах, возможность работы шлюза без его заиливания достигаются, когда значение kvv2/h для потока с большой стороны близко к значению w2/d для зерен породы. При этом последние не осаждаются и могут частично вымываться из постели, а шлиховые минералы осаждаются с максимально возможной эффективностью.

Нижний предел крупности извлекаемых на шлюзах минералов шлиховой фракции определяется из условия (w2/d)пм,

где:

(w2/d)пм — отношение квадрата гидравлической к геометрической крупности зерен полезного минерала;

(w2/d)пор. — то же для зерен породы.

Из приведенного соотношения следует, например, что из кварцевых песков крупностью более 3–4 мм на шлюзах с самотечным транспортированием песков эффективно могут извлекаться зерна самородного золота крупностью не мельче 0,06–0,10 мм (а касситерита — не мельче 0,08–0,2 0 мм).

 Третий вывод из установленных закономерностей обогащения на шлюзах для практиков очевиден: для повышения извлечения самородного золота нужно снижать скорость потока на шлюзах.

Минимальное значение скорости потока на шлюзах ограничивается двумя условиями: указанным выше условием селективности и необходимости сохранения транспортирующей способности потока для твердой фазы с учетом ее максимальной крупности и консистенции двухфазного потока.

На основании экспериментальных и аналитических исследований эти условия установлены системой уравнений. В общем случае, для обеспечения условий для обогащения при уменьшении средней скорости потока необходимо снижение глубины потока, что возможно при условии уменьшения максимальной крупности обогащаемых песков.

В таблице, в качестве примера, приведены значения критической (минимальной) средней скорости, соответствующей глубины потока и отношения Ж:Т для шлюзов с самотечным транспортированием обогащаемых песков при различной их крупности, типичном ситовом составе, удельной нагрузке по твердому 5 м3/ч на 1 м ширины шлюза и при уклоне шлюза 8°. Выполнялись и другие аналогичные эксперименты, например, с большей удельной нагрузкой и т.п. Все эксперименты показали, что при уменьшении крупности песков возможно снижение скорости потока, его глубины и отношения Ж:Т.

Значения параметров потока на шлюзе в зависимости от максимальной крупности обогащаемых песков (удельная нагрузка в эксперименте 5 м3/ч на 1м ширины шлюза)


Наименование параметров

Значение параметров при максимальной крупности
обогащения песков, мм

              4 

6 

8 

10 

15 

Минимальная средняя скорость потока, м/с

0,93

1,0

1,05

1,09

1,18

Глубина потока, мм

15,5

17

18

19

20,5

Минимальное отношение Ж:Т в питании (по объему)

9,5

11

12,5

13,5

16

 

Изменение извлечения золота при изменении скорости потока при обогащении на шлюзах песков крупностью минус 16 мм и минус 3(4) мм наглядно показывают результаты другого эксперимента (рис.3). При обогащении песков мельче 16 мм оптимальное значение поверхностной скорости в условиях эксперимента находится в пределах 1,3–1,4 м/с (vср = 1,1–1,2 м/с), а при обогащении песков мельче 3(4) мм — в пределах 0,8–0,9 м/с (vср = 0,7–0,8 м/с). Как видно из графика (см. рис. 3), уменьшение скорости потока до оптимальных значений повысило извлечение с 82,5 % до 93 %. Дальнейшее снижение скорости потока приводит к резкому снижению извлечения золота за счет заиливания трафаретов и заэфеливания шлюзов.

Из приведенных расчетов, опытных и экспериментальных данных следует, что в целях повышения извлечения золота, особенно мелкого, ограничение максимальной крупности обогащаемых на шлюзах песков является наиболее эффективным способом. Верхний предел крупности обогащаемых песков на шлюзах с самотечным транспортированием целесообразно ограничивать крупностью 4(5) мм, так как в большинстве районов россыпной золотодобычи более крупный материал не содержит свободного (россыпного) золота, т.е. является отвальным. В каждом конкретном случае, исходя из теоретических предпосылок, целесообразно обогащать на шлюзах только золотосодержащие классы крупности, если есть техническая возможность удалить без потерь золота более крупные — не золотосодержащие классы, в частности, грохочением.

Указанные выше закономерности приведены без учета влияния на процесс обогащения улавливающего покрытия шлюза (трафарета) и слоя минеральных зерен, находящихся в ячейках трафарета — «постели». По мере работы шлюза «постель» уплотняется, что осложняет дальнейшее улавливание зерен золота.

Читать дальше


-0+0
Просмотров статьи: 16718, комментариев: 7       
Статьи по обогащению и металлургии руд и песков

Комментарии, отзывы, предложения

М.Г., 15.02.13 17:32:20

Уважаемый ввтор, я так понимаю, что данные расчеты приведены для прямоугольных шлюзов.Меня интересует, какие параметры, по вашему мнению действуют на конусные мшлюза. На сегодня у меня на скрубере отверстия 8 мм, таким образом на шлюз поступает материал 5-6мм. Длина шлюза 7 метров, расширение на конус с 0.75 до 1.5. Великолепно ловит пыль. Но до всего доходишь опытным путем. Конусные шлюза я встречал только на "ромашке". Теоретические аспекты мне до конца не ясны. Статья очень полезная, но если у вас есть возможность приведите примеры различных конфигураций шлюзов, с размерами.

Ник, 18.02.13 22:16:11 — М.Г.

По поводу ловли пыли на расширяющемся шлюзе. А ведь на Ромашке моментально забивался шлюз на определенном расстоянии от места загрузки. да и с мелочью были одни заявления, но не было конкретных ланных. А как доводить повышенный объем концентрата?

М.Г., 19.02.13 04:37:33 — Ник.

Для доводки концентрата самое простое стол (у меня компании голдфилд), но сейчас я заказал цкп02 заявленой производительностью 100 кг/час по твердому. Шлюз забивается, я с вами согласен, но показатели и фракционный состав золота очень впечетляет. При добычных работах на шлюзе я вижу пылевидное золото, которое не видел при опробовании. А опробую я кроме лотка на эксплорере-2, в составе которого есть отсадочная машина.

А.Н., 19.02.13 06:41:41

А можно посчитать какой объем концентрата будет на шлюзе? или только опытным путем?

Вот для концентраторов везде есть такой параметр.

М.Г., 20.02.13 04:17:03

Рассчитать можно, но каждый раз объемы меняются, в зависимости от объёмов промывки, блока на котором работаем и т.д.

Сергей К., 19.06.15 19:22:14 — ЗОВ

Добрый день. Спасибо за статью. Копаемся в Африке, в ДРКонго, пегматиты. Работаем на Та, Nb, и попутные (Sn, W). Основные минералы - каолинит, кварц, гематит, литиевая слюда, берилл, турмалин, касситерит, колумбит-танталит, витлокит. РФА показывает наличие Au-Pt. Хотим использовать шлюз для предобогащения непосредственно на карьере. Классифицировать по 10 мм, подрешетный на доводку, надрешетный в отвальные. Поможете с конструкцией шлюза прямоточного, который конструктивно подходит для решения задачи?

Альтернативой ставим ШНРК. Сравним эффективность. Заранее благодарю.

Адрес моей почты: - sergeyrystrans@yandex.ru

СНС, 23.06.15 10:15:37 — Сергей К., 19 июня 2015

ОЗМ на пенсии и на запрос не ответит. Уточните, пожалуйста, вашу задачу:

"Поможете с конструкцией шлюза прямоточного, который конструктивно подходит для решения задачи?"

Какое назначение шлюза вы планируете? Извлекать золото и платину?

Уважаемые посетители сайта! Пожалуйста, будьте как дома, но не забывайте, что в гостях. Будьте вежливы, уважайте родной язык и следите за темой: «Обогащение золотосодержащих песков на шлюзах. Основные закономерности и технологические возможности процесса»


Имя:   Кому:


Введите ответ на вопрос (ответ цифрами) "десять прибавить 1":