Одним из современных направлений совершенствования технологических схем первичного обогащения алмазо-, золотосодержащих, полиметаллических и других типов руд является применение процесса тяжелосредного обогащения.
Процесс тяжелосредной сепарации (ТСС) имеет разнообразное применение. Его можно использовать для разделения почти любого материала с двумя и более компонентами различной плотности.
Существует две главные области применения тяжелосредной сепарации:
-получение отходов (хвостов) с низким содержанием ценных компонентов на стадии предварительного обогащения, дальнейшая переработка которых не оправдана, и они могут быть направлены в отвал;
-получение продуктов с высоким содержанием ценных компонентов для переработки их по отдельным схемам или получения товарных концентратов.
Верхняя граница крупности обогащения в статических условиях определяется эффективной крупностью раскрытия ценных компонентов. Нижняя граница при динамической тяжелосредной сепарации определяется крупностью, при которой может быть достигнута эффективная регенерация суспензии.
Применение данного процесса имеет следующие преимущества:
-возможность точного разделения по плотности материала при минимальном засорении продуктов обогащения посторонними фракциями;
-широкий диапазон крупности;
-возможность выбора необходимой плотности разделения от 1,3 до 3,1 г/см3;
-малая чувствительность к колебаниям нагрузки и изменению вещественного состава руды.
Используемые модульные установки для ТСС отличаются компактностью с хорошо согласованным по производительности оборудованием и рациональной его компоновкой. Контроль технологического процесса тяжелосредной сепарации осуществляется путем поддержания в заданных пределах производительности установки по исходному питанию, плотности суспензии, расхода воды и уровня суспензии в баках готовой и разбавленной среды.
С целью определения эффективности процесса разделения в тяжелосредных обогатительных аппаратах используются трассеры, имеющие различную плотность (соответствующую определенному цвету) и крупность. По данным распределения трассеров в продуктах сепарации строятся кривые разделения Тромпа, на основе которых определяется фактическая плотность разделения и среднее вероятное отклонение (Еpm), характеризующее точность сепарации.
Аппаратурное оформление гидроциклонной установки характеризуется каскадным размещением оборудования с самотечным движением потоков. При эксплуатации установки требуется минимальное количество обслуживающего персонала. Управление процессом разделения легко осуществляется посредством его автоматизации.
Аппараты, применяемые для обогащения руд (песков) в тяжелой среде, по способу разделения подразделяются на два основных вида: в одних оно осуществляется в статических условиях, в других — в динамических. К сепараторам статического типа относятся конусные, барабанные, корытные и комбинированные, в которых возможно обогащение рудного материала крупностью от 6 до 300 мм. Тяжелосредные аппараты динамического типа представлены гидроциклонами, которые могут использоваться для обогащения материала крупностью от 1 до 50 мм.
Первые работы по изучению обогатимости алмазосодержащих руд и песков Якутии были начаты в институте Иргиредмет в 1957 г. Положительные результаты лабораторных исследований послужили основанием для проведения полупромышленных испытаний процесса ТСС и выдачи данных для проектирования обогатительной фабрики №3 треста Якуталмаз. Повторно к этому вопросу (применение тяжелосредной сепарации на алмазном сырье) вернулись в конце 1990-х и начале 2000-х по настоянию специалистов АО «Иргиредмет» после изучения актуальной информации по мировому опыту в данной области и зарубежной командировки в ЮАР. В связи с этим сотрудники лаборатории обогащения алмазосодержащего сырья Иргиредмета принимали непосредственное участие в запуске и настройке режимных параметров тяжелосредной сепарации на большинстве алмазоизвлекательных фабриках и драгах. В настоящее время процесс тяжелосредной сепарации применяется на всех отечественных алмазоизвлекательных предприятиях как для первичного обогащения исходной руды месторождений трубок «Айхал», «Комсомольская», «Карпинского», «Архангельская» и «Нюрбинская», песков месторождений трубки «Нюрбинская» и участка «Горный», месторождение им. В. Гриба (Архангельскгеолдобыча), так и для перечистки концентратов отсадочных машин и винтовых сепараторов при обработке руды кимберлитовых трубок «Юбилейная», ГРО «Катока (Ангола).
Тяжелосредное обогащение рудного материала -35+6 мм, 25+1,2 мм, -6(5)+1,2(1,4) мм осуществляется на модульных установках в гидроциклонах производительностью 35–100 т/ч. Опыт промышленной эксплуатации ТСС на предприятиях АК «АЛРОСА» показывает, что процесс обогащения кимберлитов в тяжелосредных гидроциклонах протекает довольно устойчиво и с высокой эффективностью.
Экономическая целесообразность применение тяжелосредного обогащения в технологии обработки золотосодержащих руд была доказана специалистами Иргиремета еще в 1973 г. и подтверждена вновь в 2005 г. лабораторными, полупромышленными и укрупненными исследованиями на рудах месторождения Сухой лог.
Обобщая результаты испытаний, можно констатировать, что применение процесса тяжелосредного обогащения на рудном материале крупностью -40+2 мм позволяет вывести в отвал 57–65% породы с отвальным содержанием золота 0,3–0,4 г/т, а на рудном материале крупностью -6+2 мм и -5+1 мм может обеспечить вывод в отвал 58–74% породы с отвальным содержанием золота 0,2–0,4 г/т.
В последнее десятилетие в Иргиредмете постоянно проводятся исследования по предварительному обогащению в тяжелых суспензиях золото-, сурьмяносодержащих, полиметаллических и других руд.
Определение предварительной оценки на обогатимость рудного материала методом тяжелосредной сепарации проводится следующим образом:
-выполнение фракционного анализа с применением тяжелых жидкостей «Бромоформ», «М-45» и «ГПСВ»;
-определение распределения в каждой фракции наличия ценных компонентов;
-изучение минералогического состава каждой фракции.
На основе полученных данных выбирается плотность рабочей суспензии и проводятся укрупненные испытания, которые выполняются как в статических условиях с использованием тяжелосредного сепаратора «Викинг» фирмы GEKKO и тяжелосредного конуса, так и в динамических условиях с использованием лабораторной тяжелосредной установки (в гидроциклоне). Для приготовления суспензии используется мелкогранулированный ферросилиций.
В период с 2004 по 2016 г. были проведены лабораторные исследования по определению эффективности тяжелосредной сепарации полиметаллической руды месторождения Шануч и сурьмяносодержащей руды месторождений Жипкоша, Удерейское.
Рудный материал месторождения Шануч крупностью -5+0,5 мм и -2+0,5 мм достаточно эффективно обогащается в тяжелой суспензии в гидроциклоне с получением коллективного медь-никель-кобальтсодержащего концентрата, основу которого составляет пирротин, и хвостов с отвальным содержанием никеля и кобальта. При плотности рабочей среды 2,0 г/см3 выход концентрата не превышает 60%, а извлечение никеля, кобальта и меди в него составляет соответственно 96,6; 96,1 и 75,6%. В этом случае содержание никеля и кобальта в концентрате зафиксировано в 1,62 раза выше, чем в исходном питании, а меди — в 1,29 раза.
Наиболее высокие показатели обогащения сурьмяносодержащей руды месторождения Жипкоша крупностью -5+1 мм в тяжелосредном гидроциклоне достигнуты на плотности рабочей суспензии 2,3 г/см3 — извлечение сурьмы в концентрат составило 87,0% при его выходе 55,9%, а хвосты получены с отвальным содержанием сурьмы 0,37%.
По данным проведенных исследований исходной руды месторождения Удерейское по предварительному тяжелосредному обогащению классов крупности -50+20 мм, -20+10 мм, -10+5 мм, -5+1 мм можно сделать следующие выводы:
-концентрация ценных компонентов (золото, сурьма, мышьяк) в тяжелой фракции возможна для каждого из классов крупности;
-степень сокращения материала с применением тяжелосредной сепарации необходимо выбирать исходя из параметров выхода тяжелой фракции, содержания в хвостах и потерь ценного компонента.
Так, при выходе тяжелой фракции крупностью -50+20 мм, -20+10 мм, -10+5 мм в пределах 28–35% возможно увеличить содержание золота в ней в среднем в 3 раза, сурьмы и мышьяка — в 4–4,5 раза по сравнению с исходным при небольших потерях ценных компонентов и содержании их в хвостах: золота — 0,22–0,38 г/т; сурьмы — 0,5–1,1%; мышьяка — 0,05–0,13%. При обогащении класса крупностью -5+1 мм в отвальный продукт можно вывести 38,6% материала с весьма низким содержанием ценных компонентов: золота — 0,23 г/т; сурьмы — 0,17%; мышьяка — 0,05 %.
Выполненные в 2010 г. лабораторные исследования на обогатимость пробы разубоженной золотосодержащей руды месторождения Петропавловское различных классов крупности показали возможность применения процесса тяжелосредной сепарации для ее предварительного обогащения. При этом обогащение материала крупностью -50+20, -20+10 и -10+5 мм осуществлялось в статических условиях в тяжелосредном конусе «Викинг» фирмы GEKKO при плотности суспензии из мелкогранулированного ферросилиция 2,64– 2,76 г/см3, а руда крупностью -5+1 мм в динамических условиях — в тяжелосредном гидроциклоне при плотности рабочей суспензии 2,08 г/см3. Предварительное тяжелосредное обогащение разубоженной золотосодержащей руды крупностью -50+5 мм и -5+1 мм позволит вывести в отвал 52–60% хвостов ТСС с забалансовым содержанием золота 0,26–0,34 г/т и повысить в 1,44–1,66 раза массовую долю золота в концентрате при его извлечении до 85,0%.
С 2016 по 2018 гг. проводились исследования по определению возможности применения процесса тяжелосредной сепарации для предварительного обогащения различных типов полиметаллической руды. Исследования проводили в тяжелых жидкостях «Бромоформ» и «М-45» плотностью 3,00; 2,90; 2,85; 2,80; 2,75; 2,70 г/см3 и 2,60 г/см3 по различным классам крупности.
Можно констатировать, что метод тяжелосредного обогащения может успешно применяться для предварительного обогащения материала крупностью -50+1 мм при плотности разделения 2,75–2,80 г/см3 и для сепарации исходной руды на материале широких классов крупности: -150+50; -150+20 и 150+10 мм при оптимальной плотности разделения 2,75 г/см3.
Анализ полученных результатов показал, что при вышеуказанных технологических параметрах разделения в тяжелых средах возможно вывести в отвал до 40% породы. При этом потери свинца, цинка, золота, серебра и меди составят не более 5%.
Показатели тяжелосредной сепарации руды в тяжелой среде на промышленном оборудовании могут несколько отличаться от результатов деления ее в тяжелой жидкости. Однако очевидно, что все ценные компоненты для всех исследованных типов руды в заметно большей степени распределяются в тяжелую фракцию, а содержания ценных компонентов в легких фракциях малы, например, плотностью менее 2,75 г/см3 они в основном ниже или на уровне отвальных значений и в некоторых случаях несколько выше. Это позволяет сделать вывод о технологической эффективности тяжелосредного обогащения данной исходной руды и рекомендовать данный процесс к внедрению на обогатительной фабрике, перерабатывающей полиметаллическую руду.
В заключение следует отметить, что процесс тяжелосредной сепарации, кроме алмазодобывающей промышленности, может найти успешное применение в схемах обогащения золотосодержащих, сурьмяных, полиметаллических и других типов руд для предварительного обогащения исходного сырья перед переделами измельчения или после мельниц полусамоизмельчения на материале крупностью -25(20)+1 мм с целью вывода с хвостами ТСС в отвал породы с отвальным содержанием ценного компонента. Это обусловит возможность вовлечения в переработку ряда забалансовых руд, а также повышения эффективности процесса полусамоизмельчения руд и в целом снижения удельного расхода электроэнергии на переделы измельчения на 20–30%.
В настоящее время данный метод может быть актуален при вовлечении в обработку забалансовых, разубоженных и руд приконтактной зоны месторождений полезных ископаемых, который позволит получить продукты с содержанием ценных компонентов для дальнейшей их переработки. Данный процесс также может применяться при технологической оценке руд разведываемых месторождений.
Лаборатория обогащения алмазосодержащего сырья АО «Иргиредмет»
8 (3952) 728–729 (доб. 1131),
8 (3952) 33–08–61, knm@irgiredmet.ru
