Обоснование параметров ультразвуковой дезинтеграции высокоглинистых золотосодержащих песков россыпей Приамурья

Удельный вес запасов золота Дальневосточного округа составляет около трети общероссийских и достигает 2250 т. В сырьевой базе региона россыпные месторождения лишь немного уступают рудным запасам — всего на 19,3%. Запасы рудного золота составляют 54,4% [69]. Поэтому эксплуатация россыпных месторождений еще долго сохранит свое доминирующее положение и актуальность. Открытая разработка россыпей характеризуется относительно небольшим временем ввода в работу, более низкой капиталоемкостью, имеет меньше энергозатратных технологических операций как в процессах выемки песков, так и при их переработке по сравнению с рудными месторождениями. По экспертным оценкам, приоритетное освоение россыпей в структуре золотодобычи сохранится в ближайшей и дальней перспективах [70].

Анализ сырьевой базы Дальневосточного региона показывает, что за многолетний период эксплуатации большинство легкоосваиваемых россыпных месторождений уже отработаны, в связи с чем прирост запасов может быть достигнут за счет вовлечения в работу преимущественно россыпей сложного строения следующих типов: с высокой глинистой составляющей и мелким золотом, с преобладающим содержанием частиц золота размером менее 0,5 мм от 60 до 100 процентовтехногенных образований, являющихся продуктом первичной разработки природных россыпных месторождений и также содержащих преимущественно мелкое и тонкое золотоглубокозалегающих погребенных месторождений, как правило, с мелким и тонким золотом и высокой глинистой составляющейприбрежно-морских россыпей.

Глубокозалегающие месторождения отрабатываются в ограниченном объеме и эпизодически из-за недостаточной их изученности и разведанности до настоящего времени, а также из-за сложных горно-технических условий. По предварительным оценкам, количество запасов золота в россыпях этого типа может составить от 10 до 15% от общего количества на территории Дальнего.

Востока. Разработка глубокозалегающих (погребенных) россыпей, в силу специфики условий, повсеместно сдерживается значительной глубиной выемки, что обусловливает необходимость создания либо высокопроизводительного оборудования, обеспечивающего эффективную разработку месторождений, либо принципиально новых технологических решений на базе существующей техники [70].

Техногенные россыпные месторождения являются значительным резервом развития россыпной золотодобычи. Они не только содержат большие запасы металла, но и представляют собой объекты повышенной опасности для природной среды, поэтому их освоение имеет не только экономическое и социальное значение, но и экологическое. Особенностью месторождений данного типа является преобладание мелкого и пылевидного металла, извлечь который из горной массы традиционными способами зачастую просто невозможно. В ИГД ДВО РАН получены новые данные о морфологии и физико-химическом составе ценного компонента в многолетних лежалых хвостах техногенных россыпей, на основе которых становится возможным научно обосновать технологические решения, обеспечивающие эффективную эксплуатацию крупных техногенных россыпных месторождений [123−124]. За более чем вековой период эксплуатации в отводах горных предприятий накоплены значительные запасы техногенных образований. Общий объем техногенных россыпей с содержанием золота от 100 мг/м3 и выше составляет несколько десятков миллиардов кубических метров. Эти сырьевые ресурсы, несмотря на ряд отрицательных моментов (в два и четыре раза ниже содержание золота, как правило, мелких и средних классов крупности, отсутствие пространственной концентрированное&tradeв горизонтальной и вертикальной плоскостях, большое наличие глинистой составляющей), имеют преимущества перед природными месторождениями.

Россыпи с высокой глинистостью и мелким золотом в ограниченном масштабе эксплуатируются по причине отсутствия технологически эффективных и экологически чистых технологий. В Институте горного дела ДВО РАН разработаны новые технологии разупрочнения и дезинтеграции песков россыпей и разрушения твердой составляющей гидросмеси на основе интенсификации процессов с помощью усиления механического и ультразвукового воздействий. Указанная технология защищена патентами и прошла частичную апробацию в лабораторных условиях [72−77, 98−104, 107−111, 113−120].

Проблемами, возникающими при освоении россыпей, занимаются такие научные организации, как Институт проблем комплексного освоения недр РАН (г. Москва), Институт горного дела СО РАН (г. Новосибирск), Горный институт УрО РАН (г. Пермь), ИГД УрО РАН (г. Екатеринбург), Горный институт Чит-ГУ (г. Чита), ООО Забайкальский комплексный научно-исследовательский институт — ООО ЗабНИИ, ОАО «Иркутский НИИ благородных и редких металлов и алмазов — ОАО «Иргиредмет», Институт горного дела Севера Якутского филиала СО РАН, Горный институт КНЦ РАН, Восточный научно-исследовательский институт золота и редких металлов — ВНИИ-1, Горный институт ДВГТУ (г. Владивосток), СВКНИИ ДВО РАН (г. Магадан) и другие.

Одной из наиболее сложных задач при освоении россыпей различных типов является извлечение мелкого и тонкого золота, которого по оценке специалистов в процессе эксплуатации, теряется до 70−80%. Потери золота обусловлены рядом факторов: крупностью и формой золотинповышенным содержанием мелких и тонких фракцийхарактеристикой вмещающих пород, величиной глинистой составляющейрежимом работы промывочных агрегатов и др.

ИГД ДВО РАН также решает проблемы разработки россыпных месторождений на территории Дальнего Востока России, в том числе по систематизации и классификации природных и техногенных россыпных месторождений, созданию эффективных технологий и др. Получены новые знания о трансформации физико-химических свойств ценных компонентов, их морфологических характеристик, позволяющие научно обосновать последствия этих процессов как «возобновление ресурсного потенциала россыпных месторождений». Выявлено влияние безнапорных водных потоков, частотных колебаний массива техногенных аллювиальных пород (природный или антропогенный источник), их вещественного и фазового состава, криогенных и суффозионных процессов на параметры миграции и концентрации золота в отвалах техногенных россыпных образований. Установлено явление, называемое «внутриотвальным обогащением» техногенных россыпей, заключающееся в том, что мелкое и тонкое золото агрегирует в крупные сростки и концентрируется в приплотиковой области отвального комплекса [123−124]. Исследовано применение нетрадиционных технологий механического и ультразвукового воздействий на гидросмеси песков россыпей [72−77, 110−111, 113, 147−148].

Важнейшей проблемой при освоении россыпных месторождений золота, острота которой со временем только нарастает, является экологическая. Деградация природных и техногенных ландшафтов в местах горных отводов предприятий и на сопредельных территориях проявляется все более рельефно ввиду снижения государственного регулирования использования и охраны земель. Ежегодно на Дальнем Востоке загрязняется около 15 тыс. га земельных угодий, из которых две трети приходится на россыпные месторождения. Темпы рекуль-тивационных работ крайне недостаточны, что приводит к лавинообразному накоплению объемов нарушенных горными работами земель. Разработка россыпных месторождений приурочена, как правило, к долинно-речным ландшафтам, из-за чего вредные вещества и примеси, формирующиеся поверхностными и подземными стоками, прослеживаются по долинам рек и ручьев на огромные расстояния (до 20 раз превышающие территорию горного отвода). Нарушения рельефа вызывают изменения почвенно-растительного покрова, животного мира, гидрологического режима водотоков и т. д.

В настоящее время богатые и расположенные в освоенных районах Дальнего Востока россыпи практически отработаны, уровень добычи золота из них существенно уменьшился. Процессы освоения россыпных месторождений вызывают изменения природной среды: возникновение техногенного рельефа, связанного с перемещением огромных объемов горной массыизменение микроклимата, сокращение лесистости и, как следствие, активизация эрозионных процессов и процессов выветривания, химическое загрязнение природной среды. Все это требует создания и реализации эффективных технологий, позволяющих осваивать россыпи с повышенным уровнем глинистой составляющей и значительным содержанием мелкого и тонкого золота.

Актуальность работы. Повышенное содержание мелкого и тонкого золота, высокоглинистость песков россыпей, загрязнение природной среды и возрастающие требования повышения полноты извлечения полезных ископаемых из недр ставит перед исследователями важную задачу, решение которой позволит на стадии выемки песков россыпей осуществить разрушение глинистой составляющей с минимальным уровнем потерь золота, в том числе мелких частиц размером менее 0,5 мм. Значительную роль в решении этой проблемы может сыграть развитие эффективных и безопасных процессов, основанных на новых физических принципах воздействия на пески и их гидросмеси. Известно, что колебания в природе и технике весьма разнообразны. Вызванные в среде тем или иным источником, они обусловливают возникновение волн. Упругие механические колебания, колебания атомов и молекул, вызванные тепловыми флук-туациями, электромагнитные и другие виды колебаний широко используются в современной технике. Умение управлять колебаниями и волновыми процессами позволяет решать ряд важных научных и технических задач [1]. Воздействие на пески и гидросмеси волновых и колебательных процессов способно существенно снизить эксплуатационные и технологические потери золота, повысить рентабельность и технологическую эффективность производства.

Наличие на Дальнем Востоке россыпных месторождений, содержащих большое разнообразие минералов и пород с супертоксичными и токсичными элементами и соединениями, само по себе создает предпосылки к нарушению устойчивости природной системы. Уникальные природные комплексы региона испытывают при этом необратимые трансформации. Развитие и расширение использования чисто физических методов добычи и переработки минерального сырья поможет решить и экологическую проблему.

Анализ тенденций развития физических методов показал увеличение количества исследований по воздействию физических полей на процессы разупрочнения горной массы. Получение представлений о влиянии ультразвука на золотосодержащие глинистые пески является одной из важных задач теоретических разработок.

Повышенное содержание глин, которые относятся к структурированным тиксотропным системам, образующим в процессе переработки структурированные жидкости, способные при малой концентрации твердой составляющей проявлять ярко выраженную тенденцию к коагуляции, обусловливают выбор волнового метода воздействия и определяют изучение закономерностей его влияния. Широко применяемые в практике технологии, которые включают процессы выемки песков и их дезинтеграцию с помощью механического или гидромеханического рыхления, предназначены для песков с низким содержанием глинистой составляющей — до 25% [164]. При этом потери мелких частиц золота только по официальным данным составляют до 58% [160, 164]. Технологии физико-химического разупрочнения глинистых металлоносных песков россыпных месторождений основаны на избирательном воздействии полиэлектролитами, которые представляют собой кислоты и щелочи [84−85]. Учитывая весьма значительные объемы техногенных месторождений, можно с уверенностью утверждать, что расширение использования физико-химических технологий приведет к масштабному загрязнению природной среды. В исследуемых процессах дезинтеграция песков осуществляется дополнительным воздействием ультразвукового излучения в сочетании с механическим инициированием [39−40, 72−74, 111, 113, 146−148]. В этой связи решение возникшей проблемы возможно путем применения ультразвуковых систем способных обеспечить эффективное воздействие на металлоносные пески с повышенным содержанием глин и их эффективное разупрочнение.

Вследствие этого, разработка теоретических и практических основ ультразвукового воздействия, способного эффективно разрушать глинистую составляющую песков и изменять состояние твердой составляющей гидросмеси для извлечения частиц менее 0,5 мм без потерь, даст возможность вести работы по преобразованию и разупрочнению высокоглинистых песков ультразвуком на качественно новом уровне. Сообразно с этим, значительно уменьшится негативное воздействие на экосистему, повысится скорость протекания процесса и стабильность добычи полезного ископаемого.

Освоение россыпных месторождений с целью снижения потерь золота возможно при использовании ультразвукового воздействия на пески и их гидросмеси для случаев повышенной глинистости и мелкого золота. Проблема установления рациональных параметров ультразвуковых волн, обеспечивающих эффективное разрушение жестких структурных связей глинистых песков в не-водонасыщенном и водонасыщенном состояниях, а также песчано-глинистой составляющей их гидросмесей в настоящее время не решена.

Диссертация выполнена в лаборатории ПОРМ в соответствии с госбюджетными темами Института горного дела ДВО РАН: в 1995 — 2000 гг. — «Разработка научных основ эффективной и безопасной добычи руд (ГР № 1 960 003 060) и в 2001;2009 гг. — «Развитие научных основ и способов геотехнологии добычи руд цветных и драгоценных металлов» (ГР № 01.2.00 108 180).

Цель работы заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании основных параметров ультразвуковой дезинтеграции, обеспечивающих эффективное разрушение жестких структурных связей высокоглинистых золотосодержащих песков, а также песчано-глинистой составляющей их гидросмесей при освоении россыпей.

Идея работы заключается в том, что повышение эффективности извлечения мелкого и тонкого золота из высокоглинистых песков россыпей обеспечивается на основе установления и использования рациональных параметров ультразвуковой дезинтеграции золотосодержащих песков.

Объект исследований: ультразвуковая дезинтеграция высокоглинистых песков золотоносных россыпей.

Предмет исследований: основные параметры ультразвукового воздействия на минеральную среду и характер разрушения высокоглинистых песков в ультразвуковом поле.

Задачи исследований:

— установить величину напряжений сжатия-растяжения и сдвига в зависимости от водосодержания высокоглинистых песков с разным типом пластичности при ультразвуковом воздействии на них;

— определить основные параметры ультразвуковой дезинтеграции золотосодержащих высокоглинистых песков в неводонасыщенном и водонасыщен-ном состояниях;

— выполнить сравнительную оценку ультразвуковой дезинтеграции водо-насыщенных и неводонасыщенных высокоглинистых песков;

— разработать математическую модель преобразования дисперсоида в минеральной гидросмеси при ультразвуковом воздействии и установить степень согласования аналитических решений с экспериментальными данными.

Использованные методы исследований: анализ и обобщение литературных данных и патентных источников, аналитические расчеты на основе уравнений линейной акустики и теории деформацийпостроение математической модели преобразования дисперсоида при ультразвуковом воздействии на гидросмесь и выявление степени согласования разработанной математической модели с данными эксперимента, оценка адекватности теоретических решенийэкспериментальные исследования свойств, фракционного и элементного состава песков россыпей на основе автоматического гранулометрического экспрессанализа, рентгенофлюоресцентного анализа, весового метода определения плотности песков, стандартных методик определения пластичности и скорости ультразвука в образцахконтроль изменения удельной поверхности частиц песков при механическом и ультразвуковом воздействиях с использованием лазерного дифракционного микроанализатора размеров частицстандартная методика оценки водонасыщения песковтехнико-экономическая и экологическая оценка результатов исследований.

Защищаемые научные положения:

1. Параметры ультразвуковой дезинтеграции неводонасыщенных высокоглинистых песков с разным типом пластичности предопределяются, главным образом, их зависимостью от амплитудных значений смещения твердых частиц, при которых максимальные нормальные и касательные напряжения превышают соответствующие предельные значения для золотосодержащих песков высокоглинистых россыпей.

2. Процесс разрушения жестких структурных связей между частицами водонасыщенных высокоглинистых песков под воздействием ультразвука при прочих равных условиях протекает результативнее, чем в неводонасыщенных. При этом рациональный уровень параметров ультразвуковых колебаний предопределяется объемным содержанием воды в высокоглинистых песках, усредненной равновесной плотностью, сжимаемостью среды и скоростью распространения в ней ультразвука.

3. Структурные изменения дисперсоида, образующегося в результате ультразвуковой обработки гидросмеси, адекватно описываются математической моделью, разработанной на основе уравнения Гиббса для термодинамического потенциала системы: изменения структурных характеристик дисперсоида определяются в основном удельной поверхностной энергией дисперсной системы, уровнем волнового сопротивления гидросмеси и ультразвуковым излучением.

Научная новизна работы заключается в том, что:

— установлены зависимости основных физических параметров ультразвукового воздействия на золотосодержащие высокоглинистые пески от уровней их волнового сопротивления и водонасыщения, при этом изменения интенсивности ультразвука и амплитудных значений колебательной скорости частиц в ультразвуковой волне носят более выраженный возрастающий характер при увеличении волнового сопротивления в условиях наименьшего водосодержа-ния;

— для разного типа пластичности золотосодержащих высокоглинистых песков в неводонасыщенном состоянии определены основные параметры интенсивности ультразвука и диапазоны их изменения, при которых максимальные расчетные напряжения превышают соответствующие предельные напряжения сжатия, растяжения и сдвига;

— выявлен характер и степень воздействия ультразвукового излучения на водонасыщенные пески (с разным типом пластичности), которые определяются прямой зависимостью возникающих в песках напряжений от объемного содержания воды, сжимаемости среды, скорости ультразвука, обусловленной эффективной сжимаемостью воды и скелета песков;

— установлена взаимосвязь между удельной межфазной поверхностью частиц (после обработки ультразвуком) и интенсивностью ультразвука, удельной поверхностной энергией частиц, волновым сопротивлением гидросмеси, диссипационными потерями в среде, при этом данная взаимосвязь носит возрастающий характер при увеличении интенсивности ультразвука.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается корректной постановкой задач на основе представлений о влиянии волновых процессов на напряженно-деформированное состояние высокоглинистых песков посредством ультразвукового воздействияприменением современных методов исследований, основанных на использовании математического аппаратаапробированными методами физического моделированияанализом исследований природных и природно-техногенных песков россыпейзначительным объемом экспериментальных исследований в лабораторных условияхсопоставимостью результатов, полученных при разработке и использовании математической модели, с экспериментальными даннымиапробацией основных положений работы на международных конференциях, салонах инноваций и инвестиций, выставках-конгрессахпубликациями в реферируемых изданиях, признанием приоритета работ патентами Российской Федерации.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты исследований позволяют:

— обосновать структуру и принципы организации процесса разрушения и изменения состояния высокоглинистых природных песков, содержащих мелкое золото, с разным типом пластичности в водонасыщенном состоянии и в гидросмесиэто может быть учтено при проектировании разработки золотоносных россыпей;

— в научных и практических целях применить разработанный метод оценки (с использованием предложенного автором условного коэффициента трансформации) и управления процессом дезинтеграции песчано-глинистой составляющей гидросмеси посредством механического и ультразвукового воздействий;

— использовать способ дезинтеграции песчано-глииистой составляющей гидросмеси, основанный на реальных представлениях о механизме трансформации жестких структурных связей в поле ультразвука, происходящих при установленной частоте и переменной интенсивности ультразвука;

— осуществить технико-экономическое и экологическое обоснование ультразвуковой дезинтеграции;

— иметь реальные представления об основных особенностях ультразвукового и механического воздействий и самой дезинтеграции высокоглинистых песков с преимущественно мелким золотом, которые можно использовать в научных и практических целях.

Реализация результатов работы. Основные результаты исследования ультразвуковой дезинтеграции представлены для практического использования Ассоциации артелей старателей «Хабаровскзолото" — переданы для формирования группы инвесторов Дальневосточному агентству содействия инновациям и инвестициям (ДАСИ) при администрации Хабаровского края и специальному конструкторско-технологическому бюро (СКТБ) для использования при проектировании. Принцип ультразвукового влияния на дезинтеграцию песков использован в материалах учебного процесса Тихоокеанского государственного университета (г. Хабаровск).

Личный вклад автора.

Постановка цели, формулирование задач, разработка методики исследования, систематизация и обработка исходных данных, выполнение аналитических исследований и численных расчетов физических параметров ультразвукового воздействия на высокоглинистые золотосодержащие пески и их анализ, разработка математической модели образования дисперсоида при ультразвуковой дезинтеграции минеральной гидросмеси, оценка адекватности полученной эмпирической и теоретической зависимостей, количественная экономическая и количественно-качественная экологическая оценки, экспериментальные исследования, результаты которых представлены в настоящей работе, проводились непосредственно автором с использованием оборудования ИГД ДВО РАН и ФГУП ВНИИФТРИ «ДАЛЬСТАНДАРТ». Автор осуществлял все этапы подготовки и проведения экспериментальных исследований и обработки их результатов. Кроме собственных фактических данных, в диссертации использованы материалы работ по россыпной золотоносности южной части Дальнего Востока, выполненных ИГД ДВО РАН и Отделением региональной геологии и гидрогеологии Амурского научного центра.

Апробация результатов работы. Основные положения и отдельные разделы диссертации докладывались на XIV международном совещании по геологии россыпей и месторождений кор выветривания — 2010 г. (г. Новосибирск), на научных симпозиумах «Неделя горняка» — 2008, 2009, 2010 (г. Москва), на 1-й международной научно-практической конференции «Проблемы комплексного освоения минерального сырья Дальнего Востока» (г. Хабаровск, 6−8 сентября 2005 г.), на II и III международных научных конференциях «Проблемы комплексного освоения георесурсов» (г.Хабаровск, 11−12 сентября 2007 г. и 16−18 сентября 2009 г.), на международной конференции «Россия и Китай» (г. Биробиджан, 26−28 мая 1998 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 7 статей — в изданиях, рекомендованных ВАК- 1 монография и 24 патента РФ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 159 наименований и 4 приложений. Объем работы составляет без приложения и списка литературы 172 страницы, всего 210 страниц, включает 76 рисунков и 46 таблиц (в том числе 28 таблиц в приложениях).

Выводы.

1. Расчетным путем, на основе определения равновесной плотности и эффективной сжимаемости при заданном соотношении твердого к жидкому минеральной гидросмеси, определена величина амплитуды смещения частиц гидросмеси при ультразвуковом воздействии: частота излучения 20 кГц и интенсивность ультразвука 2 и 5 Вт/см*" - частота излучения 20, 60, 100, 150 кГц и интенсивность ультразвука 10 Вт/см". Установлены зависимости амплитуды смещения частиц минеральной гидросмеси от давления ультразвука при соотношении масс минеральной составляющей и воды как 0,4 и 1,5.

2. Определены начальные параметры интенсивности излучения ультразвука, обеспечивающие заданные величины амплитуд колебательного смещения частиц минеральной гидросмеси в ультразвуковой волне при деформации от 10″ 4 до 10″ 6 м и частоте излучения ультразвука 20 кГц.

3. Обоснованы структура и принципы организации ультразвуковой дезинтеграции, содержащих мелкое золото, в том числе с размером частиц от 0,5 до 0,002 мм, высокоглинистых песков с разным типом пластичности в неводо-насыщенном и водонасыщенном состояниях и в гидросмеси и разработаны схемы с использованием менее энергозатратных систем работы.

4. На основе нового метода управления энергетическими параметрами ультразвукового излучения получена возможность осуществить настройку и управление процессом ультразвукового воздействия на гидросмесь [78, 150 151, 154].

5. Исключение негативного воздействия от применения дополнительных агрессивных элементов позволяет существенно повысить экологическую безопасность процесса. Отсутствие реагентов в предлагаемой технологии не требует дополнительных площадей для складирования токсичных отходов и размещения отстойников, жесткого контроля остаточных концентраций сильных полиэлектролитов — кислот и систематической токсикологической оценки. Снижение токсичности выбросов позволит урегулировать уровень негативного воздействия, исключить аномальные ситуации. Усовершенствование технических функций оборудования обуславливает повышение технологической категории экологической безопасности. Использование процесса с ультразвуковым инициированием позволит решить проблему рационального природопользования, исключить геохимические техногенные аномалии. Полученные результаты расчета экологической эффективности применяемых процессов на основе ультразвука на двух участках Софийского и Соловьевского приисков подтвердило их существенные преимущества. Суммарный показатель геоэкологичности территории ГЭпт уменьшается на порядок, улучшается показатель интенсивности экологического нарушения среды установками.

6. Предложенные системы обеспечивают высокую надежность и безопасность работ, исключают предварительные анализы, связанные с исследованием эффективности процесса замещения ионов металлов для снижения коагуляции, сокращают экономический ущерб от нарушения почв и земель, ущерб от захламления — на 569,25 тыс. руб. в расчете на норматив стоимости освоения новых земель 345 тыс. руб. на 1 га.

7. Благодаря технической эффективности новых процессов с использованием ультразвукового воздействия дезинтеграция высокоглинистых песков будет проходить быстрее и эффективнее, увеличатся объемы переработки, снизятся потери и расширится уровень извлечения микрочастиц ценного компонента.

8. Окупаемость капитальных вложений и всех расходов при эксплуатации процесса с ультразвуковой дезинтеграцией — четыре с половиной года, рентабельность — 30,6%. Расчет реализации предложенного процесса по сравнению с процессом, обеспечивающем гидродинамическую дезинтеграцию песков посредством комплекса ПГШ-50, показал превышение приведенной экономической эффективности процесса с ультразвуковым инициированием на 68,966 млн руб., увеличение товарной продукции на 125,7 млн руб., увеличение дисконтированной чистой прибыли на 30,9 млн руб., увеличение рентабельности на 28,8%. По сравнению с процессом на основе избирательного воздействия полиэлектролитными комплексами приведенные затраты снижаются на 63,16 млн руб., себестоимость добычи 1 г золота снижается на 275,14 руб./г, капитальные вложения уменьшаются на 9,69 млн руб., эксплуатационные затраты уменьшаются на 57 млн. руб и обеспечивается существенная прибыль.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе дано решение весьма актуальной научно-практической задачи — установление основных параметров ультразвуковых волн, позволяющих обеспечить эффективную дезинтеграцию высокоглинистых золотосодержащих песков россыпей, а также песчано-глинистой составляющей их гидросмесей. Получили развитие знания о воздействии ультразвука на высокоглинистые пески, приводящего к разрушению жестких структурных связей в золотосодержащих высокоглинистых песках и находящихся как в неводонасы-щенном, так и в водонасыщенном состояниях. В целях увеличения объемов добычи и сокращения потерь мелкого золота, а также повышения экологической безопасности при освоении высокоглинистых золотоносных россыпей научно обоснованы перспективные геомеханические и технологические методы, а также технические средства ультразвуковой дезинтеграции высокоглинистых песков в массиве и гидросмесей, в частности — полями рациональной ультразвуковой частоты.

Основные научные и практические результаты выполненной работы заключаются в следующем:

1. Установлены основные параметры эффективного ультразвукового воздействия на неводонасыщенные высокоглинистые пески, при этом выявлены: зависимости амплитудных значений колебательного смещения частиц в ультразвуковой волне от параметров ультразвукового воздействия и свойств данного минерального объекта различной пластичностизависимости интенсивности ультразвукового излучения и амплитудных значений колебательной скорости частиц (в зоне влияния ультразвука) от волнового сопротивления высокоглинистых песков при заданных величине их деформации и физико-механических и структурных характеристиках.

2. Определены рациональные параметры интенсивности ультразвука, приводящие к разрушению жестких структурных связей неводонасыщенных высокоглинистых песков. При этом установлено, что их изменения, при одинаковой величине относительной деформации — |5'|=10″, находятся в зависимости от амплитудных значений смещения частиц, при которых максимальные расчетные нормальные и касательные напряжения оказываются выше их предельных значений и, как следствие, — фактически отличаются двукратным увеличением в зависимости от повышения пластичностирациональные интервалы интенсивности ультразвука в низкопластичных песках при частоте излучения у ¦j.

20кГц составляют 7,9−8,3 Вт/см", среднепластичных — 16,3−18,8 Вт/см, высокопластичных — 32,4−33 Вт/см" .

3. Установлено, что эффективность воздействия ультразвука на водона-сыщенные высокоглинистые пески находится в прямой зависимости от объемного содержания воды, оказывающего существенное влияние на изменение усредненной равновесной плотности, сжимаемости среды и скорости ультразвука. При этом выявлено, что в высокопластичных песках по сравнению со слабопластичными песками, при максимальном водонасыщении до 30%, эффективность увеличивается в среднем до 7 раз.

4. Выполненная сравнительная оценка эффективности процесса ультразвукового воздействия на водонасыщенные и неводонасыщенные высокоглинистые пески позволила установить, что в высокопластичных водонасыщенных высокоглинистых песках (со средним содержанием воды от 15 до 30%) уровень энергетических параметров ультразвукового поля (повышение результативности), приводящих к эффекту разрушения песков, снижается в 3−6 разв среднепластичных — в 2,3−3,8 разав слабопластичных — в 1,6−2,2 раза.

5. Аналитически установлены максимальные величины напряжений сжатия-растяжения и сдвига в зависимости от уровня водосодержания высокоглинистых песков (с разным типом пластичности) при инициировании ультразвуковым воздействием относительной деформации |&|=10~ При этом выявлено, что инициируемые ультразвуковым воздействием деформации IS^IO" 4 обеспечивают разрушение водонасыщенных и неводонасыщенных высокоглинистых песков, в том числе и с включениями гравия. Предпочтительнее подвергать ультразвуковому воздействию пески в водонасьиценном состоянии.

6. На основе сравнения максимальных численных значений напряжения сжатия-растяжения водонасыщенных высокоглинистых песков (формируемых при частоте ультразвука 20 кГц и интенсивности излучения ультразвука от 3,72 до 27,86 Вт/см") с нормативным предельным напряжением сжатия-растяжения для глинистых песков россыпей, установлено: максимальные расчетные нормальные составляющие напряжения превышают предельные напряжения разрыва в 3−15 раз в зависимости от водосодержания, а предельные напряжения сжатия песков с включениями гравия — в 2−9 размаксимальные расчетные параметры напряжения сдвига, в зависимости от водосодержания, превышают предельные напряжения сдвига глинистых песков с гравием и без гравия — в 2,6−9 раз.

7. Определены величины параметров затухания интенсивности ультразвукового излучения (частотой 20 кГц) при его воздействии на высокоглинистые пески: при длине волны 0,1- 0,125 и 0,15 м ослабление интенсивности в два раза происходит на расстоянии 0,74- 1,01 и 1,2 м, соответственно.

8. Разработана математическая модель образования дисперсоида, формируемого в гидросмеси при ультразвуковом воздействии, созданная с учетом изменения структурно-механических особенностей гидросмеси в зависимости от интенсивности излучения ультразвука, удельной поверхностной энергии дисперсной системы, волнового сопротивления гидросмеси и ряда других характеристик. Модель удовлетворительно согласуется с результатами экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных условиях с использованием ультразвуковой установки модели ШВ150 В и современных средств измерения на микроскопическом уровне.

9. Экспериментально обоснован механизм дезинтеграции и установлено, что направленное изменение физических параметров песчано-глинистой составляющей минеральной гидросмеси при ультразвуковом воздействии определяется зависимостью от интенсивности излучаемого потока энергии. Выявлена адекватность функциональных зависимостей изменения удельной поверхности частиц при воздействии ультразвука на минеральную гидросмесь, установленных теоретически и эмпирически.

10. Разработан метод оценки и предложен условный коэффициент трансформации песчано-глинистой составляющей гидросмеси, характеризующий качественные изменения системы ультразвукового воздействия на минеральную гидросмесь (после предварительного механического воздействия). Коэффициент трансформации позволяет учесть характеристики изменения состояния дисперсоида и обеспечить оценку возможности снижения интенсивности излучения ультразвука, что подтверждено экспериментально.

11. Определены величина амплитуды колебательного смещения частиц минеральной гидросмеси при ультразвуковом воздействии (частотой излучения 20 кГц) — зависимость амплитуды колебательного смещения этих частиц от давления (при отношении масс минеральной составляющей к воде 0,4 и 1,5 или твердого к жидкому 3:7 и 3:2), а также максимальный уровень интенсивности излучения ультразвука, обеспечивающий заданные величины амплитуд колебательного смещения. Выполненные расчеты энергетических характеристик влияния ультразвука (давления и частоты излучения) на песчано-глинистую составляющую гидросмеси позволили уточнить и оценить механизм изменения ее физического состояния.

12. Выполнена укрупненная количественная оценка экономической и качественно-количественная оценка экологической эффективности разработки россыпей с использованием ультразвуковой дезинтеграции высокоглинистых золотосодержащих песков. Окупаемость капитальных вложений при этом снизится, рентабельность повысится. Существенное повышение экологической безопасности производства обеспечивается исключением из технологического цикла использования реагентов, сокращением ущерба от нарушения почв и земель.