Технологии сухого обогащения руд малых коренных месторождений и рудопроявлений золота на основе модульных передвижных установок

Актуальность проблемы. В настоящее время запасы россыпных месторождений золота значительно истощились, и становится очевидным необходимость перехода на освоение технологии переработки сырья месторождений рудного золота, в том числе новых типов труднообогатимых месторождений, которые в силу разных причин пока не разрабатываются.

Традиционно разрабатываются крупные и средние месторождения золота, при этом переработка руд осуществляется на золотоизвлекательных фабриках, ведущих самостоятельную производственную деятельность.

Минерально-сырьевая база рудного золота располагает широкими возможностями вовлечения в отработку многочисленных мелких месторождений и рудопроявлений золотокварцевого типа с высоким содержанием при относительно легкой степени их обогатимости. Только на территории Республики Саха известно около 2500 мелких месторождений и рудопроявлений золота с запасами менее 1 тонны металла. Прогнозная оценка показывает, что суммарный запас объектов данного промышленно-генетического типа может превысить 250 т, что сопоставимо с активными разведанными запасами учтенных россыпных месторождений на территории РС (Я). Их освоение считается нерентабельным из-за труднодоступности, сложности горно-геологических условий залегания рудного тела и другими эксплуатационными проблемами. Невостребованность освоения таких месторождений в свое время являлось следствием отсутствия необходимых условий для проведения их детальной разведки и учета запасов. В последнее время освоение малых месторождений стало актуальным, сдерживается отсутствием эффективных технологий и соответствующей техники, в особенности, рудосортировочного, рудоразмольного и обогатительного оборудования.

В связи с этим, создание эффективной технологии и техники для малообъемной добычи и переработки и создание высокоинтегрированных горнообогатительных систем для промышленного освоения небольших рудных месторождений и рудопроявлений золота является весьма важной технико-экономической задачей, решению которой посвящена представленная диссертационная работа.

Цель работы: Создание малообъемной технологии и аппаратов сухого обогащения руд коренных месторождений содержащих самородное золото.

Идея работы: Исследование и разработка эффективных процессов сухой дезинтеграции и обогащения руд коренных месторождений золота.

Задачи исследования:

1. Обосновать необходимость создания малообъемных технологий аппаратов сухой предварительной переработки и обогащения при освоении мелких коренных месторождений и рудопроявлений золота;

2. Изучить процессы сухой дезинтеграции руды и раскрытия самородного золота при различных режимах многократного динамического воздействия и создать на этой основе новый класс малопроизводительных рудоразмольных машин, отличающихся высокой степенью дезинтеграции, малой энергоемкостью и металлоемкостью;

3. Исследовать процессы и разработать аппараты пневматической сепарации тонко из мельченного рудного материала и обосновать эффективность их использования в циклах обогащения в комплексе с процессами сухой дезинтеграции;

4. Провести опытно-конструкторские работы по созданию новых аппаратов дезинтеграции и пневмосепарации, а также модульной передвижной рудообогатительной установки (МПРОУ) нового класса;

5. Разработать концепции модульного принципа конструирования аппаратов и построения технологических схем обогащения в условиях добычи и переработки руд маломощных коренных месторождений золота;

6. Предложить новую схему интеграции процессов горного производства и переработки рудного вещества с использованием МПРОУ.

Методы исследований.

Автором, разработана методика и аппаратура исследований дезинтеграции кусковой руды при различных режимах динамического воздействия на лабораторном стенде с использованием ударно-отражательной дробилки ДАУ-250. Комплексный балансовый анализ минеральных форм, гранулометрических и физико-химических характеристик продуктов дезинтеграции, уровня раскрытия золота, перераспределение его по классам крупности в продуктах дезинтеграции с использованием схем глубокой разделки проб, методов классификации, обогащения и выделения различных монофракций. Методы изучения комплексного вещественного анализа продуктов дезинтеграции, сепарации и разделения на основе минералогического, элементного спектрального (последовательный рентгеновский спектрометр германской фирмы «Вгикег»), пробирного и микрозондового анализов («ШОЬ» японской фирмы) и исследование фазово-минерального состава золота на электронном микроскопе фСА-50А).

На защиту выносится:

1. Решение научно-технической и экономической проблемы промышленного освоения мелких месторождений и рудопроявлений золота на основе разработки и создания сухой технологии переработки и обогащения рудного золота;

2. Исследование, обоснование, разработка и апробация нового способа сухой дезинтеграции руды и аппаратов дробления, измельчения применительно к малообъемным технологиям;

3. Теоретическое и экспериментальное исследование процессов избирательного раскрытия самородного золота из руды при динамических воздействиях в циклах сухого дробления и измельчения;

4. Теоретические и технологические исследования, разработка и апробация эффективного метода и аппаратов пневматической сепарации для обогащения тонкоизмельченной руды с получением золотосодержащих концентратов;

5. Концептуальный модульный принцип построения технологических схем обогащения при использовании мобильных и автономных технологических модулей при переработке руды неодинакового вещественного состава в условиях малообъемного производства;

6. Новая комплексная интегрированная структура организации горнообогатительного комплекса с применением нового класса модульной передвижной рудообогатительной установки (МПРОУ).

Научная новизна.

1. Исследовано влияние многократных динамических воздействий на руду в рабочей зоне аппаратов дробления и измельчения на эффективность дезинтеграции. Найдены условия, при которых значительно снижается уровень циркулирующих нагрузок и уменьшается количество циклов дробления;

2. Впервые изучено полимодальное распределение рудного материала по классам крупности в зависимости от вещественного состава и энергии многократного динамического воздействия в процессе дезинтеграции, которая не подчиняется логнормальному закону;

3. В процессе дезинтеграции выявлен эффект разрушения истиранием при окатывании частиц вдоль рабочей поверхности в процессе дезинтеграции, который значительно усиливается при применении подвижных отражательных элементов, в результате чего наблюдается высокий уровень изометризации частиц золота и рудных минеральных зерен;

4. Исследована зависимость накопления критических классов крупности и эффективность процесса дезинтеграции при последовательном наращивании относительной скорости взаимодействия рудных кусков друг с другом и с поверхностью рабочих органов. Показано существенное повышение избирательности раскрытия самородного золота крупностью более 100 микрон в операциях дробления и центробежном измельчении на 85% и 92% соответственно;

5. Впервые изучен процесс пневматической сепарации золотосодержащих тонкоизмельченных материалов по плотности в воздушно-песчаном потоке при скорости до 2 м/с в ограниченном пространстве постоянного сечения, при этом наблюдается эффективная сепарация за счет поддержания разрыхленности оседающих слоев, постоянной ветровой эрозии и других факторов. Предложена формула для расчета профилей наружного и внешнего рабочих органов чашеобразного пневмосепаратора. Пневмосепарацией получены промышленные гравитационные золотосодержащие концентраты с извлечением золота более 88% из продуктов сухого центробежного измельчения руд месторождения «Одолго»;

6. Предложена концепция модульного принципа построения технологических схем обогащения с использованием автономных технологических функциональных модулей в условиях процессов малообъемной переработки и обогащения рудного сырья неодинакового вещественного состава;

7. Предложена структура организации комплексного освоения маломощных месторождений рудного золота, объединяющая процессы разведки с горно-обогатительным производством с получением конечных товарных продуктов обогащения на основе разработанной технологии сухих методов дезинтеграции и обогащения.

Практическое значение.

Экономически обоснованы, созданы, технологически апробированы новые способы и оборудование для малообъемной технологии рудоподготовки и предварительного обогащения рудного золота. Разработаны конструкции нового класса дробилок и измельчителей ударного многоактного действия, пневмосепараторы для классификации и предварительного сухого обогащения рудного золота. Опытно-промышленные испытания пионерного вариантов рудоразмольного оборудования и пневмосепарации показали высокую технологическую эффективность.

Под руководством автора и с его личным участием разработано и сконструировано несколько видов и типоразмеров дробилок, измельчителей, пневматических сепараторов и обогатительных установок, отличающихся, прежде всего, небольшой металлои энергоемкостью.

В предложенном модульном варианте размещения обогатительных аппаратов, возможно многократное увеличение общей производительности перерабатываемого рудного сырья, за счет максимального сокращения рудной массы по мест добычи руды при внедрении сухих методов дезинтеграции и обогащения. Кроме этого, с учетом установленной высокой степени избирательности раскрытия золота при интенсивном ударном дроблении и измельчении возможно высокое извлечение золота (до 60% и выше для ряда месторождений кварц-жильного типа) в отдельном технологическом модуле обогащения, не подвергая переработку всей массы руды в дорогостоящей операции измельчения в шаровой мельнице.

Разработанные технологии и оборудование, описываемые в диссертациизащищены 20 патентами РФ, а их внедрение в производство золотодобывающей отрасли РС (Я) позволит значительно расширить минерально-сырьевую базу и обеспечить значительный прирост добычи металла. Большинство разработок по основным технологическим показателям превышают мировой уровень.

Созданные технологии и оборудование, отдельные их элементы могут найти применение при обогащении других видов горнорудного, горно-химического сырья и угля.

Реализация работ.

Укомплектованная разработанными аппаратами дезинтеграции и обогащения модульная рудообогатительная установка нового поколения (класса) поставлена на серийное производство ОАО «ПО Усольмаш».

Изготовление и апробация нового типа аппаратов дезинтеграции и пневмосепарации стала возможным при техническом содействии ОАО «ПО Усольмаш» и проводилась на промышленных объектах месторождения «Одолго» Амурской области, обработке крупнообъемных проб месторождений «Нежданиское» «Малтан», «Вьюн», «Нагорное», «Задержинское», «Дуэт», Республики Саха (Якутия).

Апробация работы.

Основные положения диссертации опубликованы в 2 монографиях, 36 статьях (жестко рецензируемых), 20 патентах, а также в ряде научных отчетов и рекомендациях, переданных производственным организациям. Различные аспекты работы были обсуждены и представлены в материалах международных конференций: «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 1999), в Екатеринбурге (2002 г, 2003 г,) I, И, III, IV конгрессах обогатителей стран СНГ (1997, 1999, 2001, 2003), «Плаксинских чтениях» (1999 г, 2002 г), на «Неделе Горняка» (1999 г, 2000 г, 2001, 2003 г).

Благодарности.

Автор выражает признательность и искреннюю благодарность директору ИГДС им. Н. В. Черского СО РАН, проф. М. Д. Новопашину, проф. С. А. Батугину за всестороннюю поддержку исследований автора, д. г-м.н. В. Е. Филиппову за методическую помощь в проведении экспериментов и в подготовке диссертации, А. Н. Григорьеву за квалифицированные инженерно-конструкторские проработки рудообогатительных машин и оборудования, генеральному директору ОАО «ПО Усольмаш», президенту ассоциации обогатителей России A.B. Гладышеву за непосредственную помощь в создании и изготовлении аппаратов и модульной установки, докторам наук Т. С. Юсупову, С. И. Черных, декану факультета металлургии цветных и драгоценных металлов института МИСиС Д. В. Шехиреву за поддержку идеи создания нового класса МПРОУ. Автор благодарен всем коллегам по работе, а также всем производственникам и ученым, в общении с которыми он обогащался знаниями и формировался как исследователь.

Личный вклад автора в подготовке диссертационной работы.

Научное и технологическое обоснование, разработка новых способов и аппаратов дезинтеграции и обогащения, отдельных их конструктивных и технологических элементов, а также обсуждение и интерпретация полученной научно-технической информации, выработка на их основе дальнейшего направления работ. Все технологические исследования, эксперименты, полупромышленные и промышленные испытания, внедрение и промышленное освоение разработанных процессов и аппаратов проведены под руководством и при непосредственном участии автора.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается корректностью постановки задач, решением их с использованием современных методов исследований, корректной статистической обработкой полученных данных, достаточным объемом экспериментальных исследований в лабораторных и опытно-промышленных условиях, высокой сходимостью результатов лабораторных исследований с показателями, полученными при реализации в опытно-промышленных условиях.

Диссертация состоит из ведения, 7 глав и заключения, изложенных на 300 страницах машинописного текста, содержит 119 рисунков, 62 таблицы, список литературы из 148 наименований и 3 приложений.

ВЫВОДЫ ПО 7 ГЛАВЕ.

Предложена новая система организации интегрированного горнообогатительного комплекса при применении передвижного, автономного рудоразмольно-сократительного модуля по месту выдачи рудной массы, за счет чего ожидается резкое снижение капитальных затрат, расходов на транспортировку руды и содержание водного хозяйства на порядок, уменьшение себестоимости переработки и обогащения руды в три раза. Это позволит резко снизить уровень эксплуатационных кондиций на рудное сырье и позволить освоить многочисленные мелкие месторождения и рудопроявления.

В диссертации обоснованы, разработаны и апробированы технические и технологические решения при создании сухой технологии обогащения руд для освоения небольших месторождений и рудопроявлений кварц-жильного типа с легкообогатимым, самородным золотом. В работе, решена научно-техническая проблема, имеющая важное технико-экономическое значение и обеспечивающее дальнейшее развитие мобильных и модульных технологий для разработки месторождений разных типов золотосодержащих руд, способствующих дальнейшему ускорению научно-технического прогресса в горном деле. По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Обоснована необходимость и возможность решения актуальной проблемы промышленного освоения мелких месторождений и рудопроявлений золота кварц-жильного типа с запасами менее 1 тонны на основе создания нового класса мобильной и автономной рудообогатительной установки производительностью 210 т/час при разработке технологии и аппаратов сухого обогащения адаптированной для условий Севера и безводных регионов;

2. Научно обоснован и апробирован новый эффективный сухой метод дезинтеграции кусковых руд, основанных на организации многократных динамических воздействий при последовательном наращивании относительной скорости взаимодействия кусков друг с другом и с рабочими органами в рабочей зоне дробильно-размольного оборудования. Разработаны метод и аппаратура исследований дезинтеграции кусковой руды на лабораторном стенде с использованием ударно-отражательной дробилки ДАУ-250;

3. В процессе дезинтеграции выявлен эффект разрушения истиранием при окатывании частиц вдоль рабочей поверхности в процессе дезинтеграции, который значительно усиливается при применении подвижных отражательных элементов, в результате чего наблюдается высокий уровень изометризации частиц золота и рудных минеральных зерен. Таким образом, при дроблении кусковых горных пород способом «свободного удара» действует ударно-истирающий (разрывно-сдвиговый) механизм разрушения;

4. Разработан ряд малопроизводительных, компактных, высокоэффективных и энергосберегающих рудоразмольных аппаратов. Полупромышленные испытания опытного образца дробилки комбинированного ударного действия ДКД и центробежного измельчителя ЦМВУ-800 подтвердили эффективность нового способа дезинтеграции кусковой руды, которая заключается в исключении циркулирующей нагрузки в цикле дробления и измельчения, в высокой избирательности раскрытия самородного золота при одном цикле дробления и центробежном измельчении на 85%, и на 92% соответственно;

5. Впервые изучен процесс пневматической сепарации золотосодержащих тонкоизмельченных материалов по плотности в воздушно-песчаном потоке при скорости до 2 м/с в ограниченном пространстве постоянного сечения, при этом наблюдается эффективная сепарация за счет поддержания разрыхленности оседающих слоев, постоянной ветровой эрозии и других факторов. Предложена формула для расчета профилей наружного и внешнего рабочих органов чашеобразного пневмосепаратора. При испытании первого в России промышленного пневмосепаратора ПОС-2000 получены гравитационные золотосодержащие концентраты с извлечением золота более 88% из продуктов сухого центробежного измельчения руд месторождения «Одолго» с гарантированным полным извлечением, самородного золота размером более 100 микрон;

7. Применительно к условиям малообъемного производства с использованием рудоразмольного сократительного модуля с сухой технологией переработки и обогащения руды предложена концепция модульного принципа проектирования обогатительных систем, основанного на последовательном обогащении руды с использованием автономных и мобильных технологических модулей. Показана принципиальная возможность создания таких модулей в переработке золотосодержащих руд неодинакового вещественного состава. С учетом изменчивости качества руд предложены количественные критерии для предварительного выделения участков и блоков, которые позволяют устанавливать прямую связь параметров геологической оценки с технологией последующих процессов обогащения;

8. Предложена новая структура организации комплексного освоения малых месторождений рудного золота, объединяющая процессы разведки с горнообогатительным производством с получением конечных товарных продуктов обогащения на основе разработанной технологии сухих методов дезинтеграции и обогащения. Применение мобильного модуля сухого обогащения при обработке крупнообъемных валовых проб в разведке позволяет увеличить достоверность содержания и подсчета запасов золота. Снижение капитальных и эксплуатационных расходов добычи золота за счет применения нового класса рудообогатительной установки в составе горно-обогатительного комплекса позволяет снизить уровень эксплуатационных кондиций на рудное сырье и позволяет вовлечь в добычу низкокачественное сырье;

9. Разработка сухой технологии и аппаратов дезинтеграции и обогащения позволяет создать новый класс передвижной рудообогатительной установки МПРОУ с производительностью в пределах от 2 до 10 т/ч и открывает новое направление в обогащении руд коренных месторождений связанное с развитием мобильных и модульных технологий не только золота, но и других полезных ископаемых. Разработанные технические и технологические решения, несомненно, будут востребованы и послужат основой для дальнейших разработок.