УДК 681.521.3

Возможности применения АСУ ТП обогащения текущих хвостовых продуктов переработки твердых полезных ископаемых

Томский Иван Семенович – кандидат химических наук, инженер лаборатории по исследованию пластовых систем компании «Шлюмберже Лоджелко, Инк»

Никитин Егор Дмитриевич – студент Политехнического института (филиал) Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова

Аннотация: В статье рассматривается возможность применения автоматизированных систем управления технологическим процессом (далее Щ АСУ ТП) обогащения текущих данных при разработке россыпных месторождений твердых полезных ископаемых, в частности золотопереработки и алмазопереработки с применением магнитных шлюзов непрерывного действия. Целью статьи является донести широкому кругу читателей, что разработаны способы и методы обогащения, изобретены полезные модели барабанных магнитных сепараторов, которые в настоящее время являются новыми установками, где способ сегрегации ценных компонентов доказал свою работоспособность, и при применении АСУ ТП может обеспечить полноту извлечения ценных компонентов предотвращая дальнейший рост объемов новых техногенных месторождений.

Ключевые слова: автоматизация систем управления технологического процесса обогащения, магнитный шлих, кондиции, концентрат.

В течение нескольких десятков лет на разных уровнях обсуждаются вопросы вовлечения в переработку техногенных месторождений и дальнейшей рекультивации.  Несовершенство применяемых в настоящее время технологий и селективность извлечения полезных ископаемых способствует образованию новых техногенных месторождений с относительно высокими кондициями тех или иных ценных компонентов.

Разработка россыпных месторождений, в частности золотоносных песков, отрабатываются в основном шлюзовыми промывочными приборами (далее – промприбор) серии ПГБ (Промывочный прибор гидроэлеваторный бочечный), где применяется скруббер-бутара для дезинтеграции и отделения средне-валунистой фракции и ПГШ (промприбор гидроэлеваторный шлюзовой  различной модификации), где применяются вибрационные грохоты различных модификаций. Преимуществом гидроэлеваторов является экономия электроэнергии, отсечение крупно-валунистой фракции и дезинтеграции подаваемого материала. Все эти промприборы снабжаются шлюзами крупного и мелкого наполнения с различными геометрическими параметрами. Съёмка концентрата золота производится согласно определенной методике и данные шлюзы могут быть снабжены «американкой» – люками в нижней части шлюзов для предотвращения потери ценного материала концентрата золота при съемке, которые соединены с приемником гидроэлеватора. Все эти промывочные приборы в течение многих лет зарекомендовали себя как самодостаточные целостные промприборы, которые извлекают гравитационное золото с высокой полнотой. На головном шлюзе улавливается крупное золото, а на шлюзах мелкого наполнения улавливается мелкое золото.

Помимо гравитационного золота имеется «плавучее» золото в силу гидрофобности малых частичек золота данное золото приобретает флотационные способности. Золотинки малой крупности в зависимости от геометрических характеристик могут флотировать, где по всей поверхности частицы золота имеется воздушная прослойка за счет не смачиваемости, и объем воздушной прослойки вокруг частицы золота уменьшает ее удельный вес, которая способствует за счет парусности в динамической сплошной среде сноситься в хвостовые продукты, таким образом мелкое и тонкодисперсное золото покидает рабочие поверхности шлюзовых обогатительных установок. Опыт показывает, что даже пластинка золота диаметром 3-4 мм. может легко флотировать и быть не уловленной шлюзовыми установками. В зависимости от геологических характеристик месторождения доля мелкого и тонкодисперсного золота может составлять от 10 до 30 %, а иногда и более 40%. Съемка концентрата золота производится вручную с полной остановкой промприбора, а интервал съемки определяется в зависимости от условий ведения горных работ и содержания золота месторождения. Золото из концентратов извлекается на специальных участках или цехах доводки, на золотоизвлекательных фабриках (ЗИФ) и шлихообогатительных фабриках (ШОФ). Для доводки концентратов до высоких кондиций применяют различное доводочное оборудование, такие как концентрационные столы, механические лотки, центробежные концентраторы, где иногда применяют различные методы обработки циркулирующей воды, которая способствует интенсивному осаждению илисто-глинистой фракции оборотных вод.

В 90-х годах прошлого века был изобретен способ улавливания мелкого и тонкодисперсного золота с текущих хвостов промприборов. Данный способ был разработан научными сотрудниками института горного дела Севера СО РАН. Способ защищен авторским свидетельством (№ 1540085 А1) и патентами РФ (№ 2168366, № 2205071). Апробация способа улавливания мелкого и тонкодисперсного золота проходили на месторождениях бывших ОАО «Куларзолото» и ОАО «Алданзолото», где зарекомендовали себя как дополнение к гравитационным методам обогащения. Магнитный шлюз устанавливался в виде продолжения шлюзов мелкого наполнения ПГБ-75, съемка концентрата тяжелой магнитной фракции производился вручную и были выполнены ряд экспериментальных работ по выбору методики и доводочного оборудования для повышения кондиции концентрата золота и его дальнейшего извлечения. Применялись отсадочные машины МОД-1, механические лотки, концентрационные столы и центробежные концентраторы разных модификаций, в том числе зарубежных производителей и гидрометаллургический способ извлечения золота. Авторы обратили внимание на процесс магнитного обогащения, который основан на различии в магнитных свойствах минералов, на формирование ворсистой подвижной магнитной «постели» из магнитных минералов и частиц, также обратили внимание как ведут себя другие немагнитные минералы около магнитных частиц, в магнитном поле, что происходит при касании тех или иных минералов друг с другом в турбулентном потоке. Захват магнитными частицами немагнитных частиц, частичное осаждение немагнитных частиц, малый промежуток времени нахождения магнитных минералов около рабочей поверхности относятся к недостаткам стандартных промышленных магнитных сепараторов, которые применили авторы при разработке данного способа улавливания мелкого и тонкодисперсного золота.

В 2000-х годах магнитный шлюз прошел апробацию на улавливание мелкого и тонкодисперсного золота с текущих хвостов алмазопереработки на россыпном месторождении «Водораздельные галечники» РС (Якутия), Мирнинский район.

С целью установления наличия золота в хвостах россыпной алмазодобычи и оценки возможности применения магнитных шлюзов для таких технологических операций были проведены экспериментальные исследования на россыпном месторождении «Водораздельные галечники». Экспериментальные варианты магнитных шлюзов были установлены на главном гидротранспортном узле текущих хвостов фабрики № 5 Мирнинского горно-обогатительного комбината (МГОК) АК «АЛРОСА» (ЗАО). Питание, подаваемое на магнитные шлюзы, было без предварительной подготовки что является существенным преимуществом. В ходе испытаний магнитных шлюзов разной конструкции, на открытых и закрытых площадях, и совершенно новых производственных условиях, выявлены сравнительно высокие показатели сокращения пульпового исходного материала и улавливания мелкого и тонкодисперсного золота в магнитно-гравитационный концентрат. Магнитный шлих представлял тяжелую фракцию, где в основном преобладал магнетит с сопутствующими минералами и мелким тонкодисперсным золотом. Анализ технологической обогатимости золотосодержащего исходного продукта показал возможность извлечения золота по гравитационной схеме до 65%. Фазовым анализом установлено, что 90% золота в магнитном шлихе содержится в свободной фазе. Результаты полуколичественного спектрального анализа проб показывают о высокой концентрационной способности магнитных шлюзов

Таблица 1. Фрагменты спектрального анализа магнитного шлиха.

Формирование магнитной шероховатой «постели» на магнитном шлюзе происходит путем осаждения тяжелых минералов в силу притяжения постоянными магнитами магнитных минералов и частиц, где происходит захват ценных компонентов. Физические процессы захватывания ценных компонентов и образование магнитных флокул в динамической сплошной среде (в турбулентном потоке) не до конца изучен, и требует дальнейших исследований. Магнитные шлюзы показали хорошую эффективность улавливания комплексного шлиха независимо от геологических условий и могут применяться для попутного извлечения ценных компонентов с текущих хвостов фабрик перерабатываемых горную массу, могут применятся на сливах промывки строительных материалов при разработке общераспространенных полезных ископаемых и дноуглубительных работах.

Существенным недостатком магнитных шлюзов является трудоемкость съемки магнитного шлиха с рабочей зоны магнитных шлюзов, применение вспомогательных электромагнитных систем не привели к решению вопроса.

Автоматическая съемка концентрата с рабочей зоны магнитного шлюза была частично решена путем видоизменения стандартного шлюза на трубный «шлюз». Из истории известно, что стремление сделать шлюзы непрерывно действующими аппаратами, не требующими больших затрат ручного труда, привело к появлению различного вида ленточных шлюзов и трубных концентраторов (концентратop Джонсона). Высоких показателей по извлечению крупного и мелкого золота в циклах измельчения достигают с помощью трубных концентраторов, пропускная способность которых колеблется в пределах от 250 до 450 т/сут по твердому. Замена ленточных шлюзов на трубные концентраторы дала некоторую экономию капитальных затрат, а также упростила схему и ее обслуживание. С целью снижения расходов на гравитационное обогащение шлюзы были заменены в цикле первичного измельчения отсадочной машиной, а в цикле вторичного измельчения двумя трубными концентраторами диаметром 0.98 м и длиной 3.6 м. Понижение извлечения по мелкому классу сопровождало замену шлюзов с ворсистыми покрытиями на трубные концентраторы с резиновыми рифлёными покрытиями.

Авторы патента РФ № 134453 предложили аналогичный вариант перехода магнитной шлюзовой установки на трубный концентратор с магнитной системой и оригинальными перегородками, которые обеспечивают жесткость и надежность конструкции барабана и служат лотком для слива концентрата, уловленного магнитной «постелью» создаваемой магнитной системой. Данная установка может работать в автоматическом режиме для обогащения ценных компонентов текущих хвостовых продуктов при разработке россыпных месторождений.

С развитием новых технологий, материалов и IT-технологий в настоящее время имеются все возможности применить автоматизированные системы управления технологическим процессом обогащения для извлечения попутных комплексных минералов. Извлечение ценных компонентов технически решаемый вопрос, и его можно отнести к:

• комплексному освоению месторождений твердых полезных ископаемых;
• возможности дальнейшей рекультивации земель;
• переходу земель с одной категории в другие;
• сохранению и восстановлению окружающей среды.

Список литературы

1. Никитин Д.Н. Этапы развития гравитационного метода обогащения. V Научно-практическая конференция. Тез. докл. – Мирный, 1999, 108 с.
2. Никитин Д.Н. Обогащение хвостов фабрик северо-западного региона РС (Я). V Научно-практическая конференция. Тез. докл. – Мирный, 1999, 109 с.
3. Никитин Д.Н. Способ понижения магнитной силы на рабочей поверхности магнитного шлюза в процессе съемки. Научно-практическая конференция. Тез. докл. – Мирный, 2000, 92 с.
4. Ковлеков И.И., Махрачев А.Ф. Никитин Д.Н. Попутное извлечение золота при обогащении продуктов алмазопереработки на магнитных шлюзах.  Республиканская научно-практическая конференция «Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых». Тез. докл. – Якутск, 2003, ч. 2, 64 с.
5. Томский И.С., Никитин Д.Н. Извлечение концентрата золота с текущих хвостов золотопереработки. Международная научно-практическая конференция «Наука и инновационные разработки – Северу». Тез. докл. – Мирный, 2014, 162 с.
6. Информационная записка по результатам технологических исследований проб концентрата магнитной гравитационной установки (хвосты алмазопереработки). – п. Н-Куранах, 2003.