Способ промывки золотоносных песков

Способ промывки золотоносных песков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области физики и может быть использовано при обогащении полезных ископаемых (в частности, для снижения технологических потерь за счет улавливания мелкозернистых элементов).

Задача, которая решается изобретением, заключается в эффективном улавливании мелкого золота, являющегося технологическими потерями при традиционной промывке золотоносных песков, в интересах рационального природопользования.

Способ реализуется следующим образом.

Дезинтеграция песка с одновременным приготовлением пульпы и удалением посторонних примесей осуществляется в скруббер-бутаре. Далее пульпа поступает в пульпопровод, в котором, кроме транспортировки пульпы, осуществляется в противопотоке ее аэрация пузырьками воздуха одного размера с временем жизни пузырьков не менее 1-2 мин при помощи аэраторов, расположенных равномерно по пульпопроводу, а также формирование стоячих акустических волн ω_а в пульпопроводе поперек потока пульпы на частоте, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀ одного размера 1₀, при помощи акустических излучателей, расположенных на противоположных сторонах пульпопровода на акустической оси, перпендикулярной центральной оси пульпопровода. При этом благодаря дополнительной аэрации пульпы и формированию в пульпопроводе стоячей акустической волны осуществляется дополнительное разрыхление материала, механическая очистка минерала от пустой породы, дезинтеграция в узлах стоячей волны минералов и физико-химическая активация поверхности минералов перед процессом их обогащения. Далее пульпа поступает в рабочую камеру, содержащую акустический блок, гидроциклон, сменный конус, электродвигатель, редуктор, гидропереход, неподвижную трубу, отводную трубу, патрубок и емкость.

С помощью излучающих накладок акустических излучателей, расположенных равномерно по всей цилиндрической поверхности акустической камеры акустического блока, излучаются акустические волны конечной амплитуды на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀ одного размера 1₀. При этом в пульпе происходит ряд процессов и явлений, к числу которых, в первую очередь, относится кавитация. В момент захлопывания кавитационной полости газ, сжатый в микрообъеме полости, стремительно расширяется и в пульпе возникает ударная волна, подобная точечному взрыву. Таким образом, кавитационные эффекты интенсифицируют процессы очистки рудных частиц от всякого рода загрязнений и окислых пленок минерального характера, повышают скорость диффузии жидкой части пульпы в поры и трещины, образующиеся на поверхности минеральных пленок в результате их кавитационного разрушения, ускоряют процессы диспергирования и дезинтеграции минералов. Для повышения эффективности воздействия акустических волн конечной амплитуды на пульпу в акустической камере создается гидростатическое давление 4-5 атм.

Пульпа, попадая на лопасти рабочего колеса, вращающегося на полом валу, центробежного насоса гидроциклона, совершает вращательное и поступательное движение и сходит с лопастей рабочего колеса с повышенной скоростью. При этом полый вал с рабочим колесом приводятся во вращение электродвигателем с редуктором. В процессе этого движения увеличивается энергия давления (статический напор) и энергия вращающейся жидкости вокруг оси рабочего колеса (динамический напор). При этом пульпа, закрученная вокруг оси рабочего колеса, приобретает приращение кинетической энергии, а каждая из вращающихся частиц пульпы, в свою очередь, запасает энергию пропорционально ее массе: минералы с большой массой вращаются по максимальному радиусу, вытесняя к центру более легкие частицы. Таким образом, осуществляется размещение крупных и тяжелых минералов непосредственно вблизи поверхности излучающих накладок акустических излучателей акустической камеры акустического блока, равномерное распределение обрабатываемых минералов во взвешенном состоянии и вытеснение легких частиц пульпы к центру акустической камеры. Под действием статического напора пульпа перемещается сверху вниз вдоль оси центробежного насоса гидроциклона с заданной производительностью. Наличие сменного конуса с дросселирующим малым отверстием, крепящегося к нижнему фланцу рабочей камеры, позволяет уменьшить расход жидкости через конус и создать во внутреннем объеме акустической камеры гидростатическое давление (4-5 атм.). При этом крупные тяжелые минералы, вращающиеся по максимальному диаметру акустической камеры, попадают в сменный конус и, уменьшая радиус вращения, вытесняют к центру легкие и мелкодисперсные фракции. Под действием динамического и статического напоров легкие и мелкодисперсные фракции поднимаются по внутреннему отверстию полого вала и через гидропереход и неподвижную трубу, расположенную в верхней части рабочей камеры, сливаются в отводную трубу. При этом крупнодисперсная часть пульпы полностью освобождается от легких и мелкодиспесных частиц, осушается от влаги и, двигаясь по спиральной траектории внутри сменного конуса, выбрасывается через патрубок, расположенный в нижней части рабочей камеры, в виде обогащенного продукта в емкость.

Известен способ промывки золотоносных песков при помощи грохота с динамической связью просеивающей поверхности и вибровозбудителя электромагнитного типа, заключающийся в механическом перемешивании породы при непрерывном ее орошении водой, образовании пульпы, направлении пульпы на сито, колеблющееся в направлении, перпендикулярном его плоскости. /Акустическая технология в обогащении полезных ископаемых //Под редакцией B.C.Ямщикова. - М.: Недра. 1987, с.108, 109 /.

К недостаткам данного способа относятся:

1. Низкая эффективность способа из-за низкой скорости просева частиц.

2. Невозможность улавливания мелкого золота.

Известен способ промывки золотоносных песков, основанный на принципе “обратного грохочения”, заключающийся в механическом перемешивании породы при непрерывном ее орошении водой, образовании пульпы, направлении пульпы в специальный аппарат под поверхностью сита. При этом восходящим потоком среды тонкая фракция выносится сквозь сито. Акустическая технология в обогащении полезных ископаемых /Акустическая технология в обогащении полезных ископаемых //Под редакцией B.C.Ямщикова.- М.: Недра. 1987, с.109, 110 /.

К недостаткам данного способа относятся:

1.Недостаточная для промышленных условий эффективность способа.

2.Невозможность улавливания мелкого золота.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому относится способ (выбранный в качестве способа способа-прототипа) промывки золотоносных песков, включающий механическое перемешивание породы при непрерывном ее орошении водой, приготовление пульпы, транспортировка пульпы, предварительное обесшламливание пульпы, очистка песка, промывка, обесшламливание и сгущение песка, а также его фильтрование и обезвоживание /Акустическая технология в обогащении полезных ископаемых //Под редакцией B.C.Ямщикова.- М.: Недра. 1987, с.90-96/.

К недостаткам способа-прототипа относятся:

1. Сложность в технического реализации способа.

2. Невозможность улавливания мелкого золота.

3. Сложность реализации способа в условиях подвижного носителя.

Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа, свободного от указанного выше недостатка.

Технический результат предложенного способа заключается в эффективном улавливании мелкого золота, являющегося технологическими потерями при традиционной промывке золотоносных песков, при упрощении технологического процесса, в том числе в условиях подвижного носителя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе промывки золотоносных песков, включающем в себя дезинтеграцию песка, приготовление пульпы, удаление посторонних примесей, транспортировка пульпы, воздействие на пульпу центробежным и акустическим полями, сгущение и обезвоживание песка, дезинтеграция песка, приготовление пульпы и удалением посторонних примесей осуществляется одновременно; при транспортировке пульпы в противопотоке осуществляется ее аэрация пузырьками воздуха одного размера 1₀ с временем их жизни не менее 1-2 мин, а также формирование стоячих акустических волн в пульпопроводе поперек потока пульпы на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀ одного размера; воздействие на пульпу центробежным и акустическим полями в акустической камере осуществляется при гидростатическом давлении 4-5 атм.; акустическое поле в акустической камере формируется волнами конечной амплитуды на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀ одного размера 1₀, при помощи акустических излучателей, расположенных равномерно по всей поверхности акустической камеры.

Упрощение процесса достигается тем, что дезинтеграция песка, приготовление пульпы и удаление примесей осуществляется одновременно.

Возможность улавливания мелкого (по гранулометрическому составу) золота достигается тем, что при транспортировке пульпы осуществляется ее аэрация пузырьками воздуха одного размера 1₀ с временем их жизни не менее 1-2 мин, а также формирование стоячих акустических волн перпендикулярно ее потоку на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀ одного размера 1₀; воздействие на пульпу центробежным и акустическим полями осуществляется при гидростатическом давлении 4-5 атм.; акустическое поле в акустической камере формируется волнами конечной амплитуды на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀ одного размера 1₀.

Упрощение процедуры реализации способа в условиях подвижного носителя достигается тем, что дезинтеграция песка, приготовление пульпы и удаление посторонних примесей осуществляется одновременно; при транспортировке пульпы осуществляется ее аэрация пузырьками воздуха одного размера 1₀ с временем их жизни не менее 1-2 мин, а также формирование стоячих акустических волн перпендикулярно ее потоку на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀ одного размера 1₀; воздействие на пульпу центробежным и акустическим полями осуществляется при гидростатическом давлении 4-5 атм.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

1. Дезинтеграция песка, приготовление пульпы и удаление посторонних примесей осуществляется одновременно.

2. При транспортировке пульпы осуществляется ее аэрация пузырьками воздуха одного размера 1₀ с временем их жизни не менее 1-2 мин.

3. При транспортировке пульпы осуществляется формирование стоячих акустических волн перпендикулярно ее потоку на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀ одного размера 1₀.

4. Воздействие на пульпу центробежным и акустическим полями осуществляется при гидростатическом давлении 4-5 атм.

5.Акустическое поле в акустической камере формируется волнами конечной амплитуды на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков ω₀ одного размера 1₀, при помощи акустических излучателей, расположенных равномерно по всей поверхности акустической камеры.

Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".

Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков показал следующее.

Признаки 1, 4 являются известным.

Признак 2 является известным. Однако неизвестно применение аэрации пульпы пузырьками воздуха одного размера и с заданным временем.

Признак 3 является новым. В то же время в акустике известно формирование стоячих акустических волн.

Признак 5 является новым. В то же время из нелинейной акустики известно формирование акустических волн конечной амплитуды.

Таким образом, наличие новых существенных признаков, в совокупности с известными, обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений - эффективно улавливать мелкое золота, являющееся технологическими потерями при традиционной промывке золотоносных песков, при упрощении технологического процесса, в том числе в условиях подвижного носителя.

В данном случае мы имеем новую совокупность признаков и их новую взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных, а именно выполнение операций в предложенной последовательности и приводит к качественно новому эффекту.

Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию "существенные отличия".

На фиг.1 и 2 представлены функциональная и структурная схемы устройства, реализующего разработанный способ промывки золотоносных песков соответственно.

Устройство содержит скруббер-бутару (1), соединенную при помощи пульпопровода (2) с рабочей камерой (5), содержащей акустический блок (6), гидроциклон (7), сменный конус (8), электродвигатель (9), редуктор (10), гидропереход (18), неподвижную трубу (19), отводную трубу (20) патрубок (21) и емкость (22). При этом в пульпопроводе расположены аэараторы (3) и акустические излучатели (4). Акустический блок (6) содержит акустические излучатели (12) с излучающими накладками (13), расположенные равномерно стенкам акустической камеры (13). Гидроциклон (7) содержит центробежный насос (17), рабочее колесо (15) с лопастями (14) которого вращается на полом валу (16).

Устройство функционирует следующим образом (фиг.1 и 2).

Дезинтеграция песка с одновременным приготовлением пульпы и удалением посторонних примесей осуществляется в скруббер-бутаре (1). Далее пульпа поступает в пульпопровод (2), в котором, кроме транспортировки пульпы, осуществляется в противопотоке ее аэрация пузырьками воздуха одного размера с временем жизни пузырьков не менее 1-2 мин при помощи аэараторов (3), расположенных равномерно по пульпопроводу, а также формирование стоячих акустических волн в пульпопроводе поперек потока пульпы на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀ одного размера 1₀, при помощи акустических излучателей (4), расположенных на противоположных сторонах пульпопровода на акустической оси, перпендикулярной центральной оси пульпопровода. При этом благодаря дополнительной аэрации пульпы и формированию в пульпопроводе стоячей акустической волны осуществляется дополнительное разрыхление материала, механическая очистка минерала от пустой породы, дезинтеграция в узлах стоячей волны минералов и физико-химическая активация поверхности минералов перед процессом их обогащения. Далее пульпа поступает в рабочую камеру (5).

С помощью излучающих накладок (11) акустических излучателей (12), расположенных равномерно по всей цилиндрической поверхности акустической камеры (13) акустического блока (6), излучаются акустические волны конечной амплитуды на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀ одного размера 1₀. При этом в пульпе происходит ряд процессов и явлений, к числу которых, в первую очередь, относится кавитация. В момент захлопывания кавитационной полости газ, сжатый в микрообъеме полости, стремительно расширяется и в пульпе возникает ударная волна, подобная точечному взрыву. Таким образом кавитационные эффекты интенсифицируют процессы очистки рудных частиц от всякого родя загрязнений и окислых пленок минерального характера, повышают скорость дифузии жидкой части пульпы в поры и трещины, образующиеся на поверхности минеральных пленок в результате их кавитационного разрушения, ускоряют процессы диспергирования и дезинтеграции минералов. Для повышения эффективности воздействия акустических волн конечной амплитуды на пульпу в акустической камере (13) создается гидростатическое давление 4-5 атм.

Пульпа, попадая на лопасти (14) рабочего колеса (15), вращающегося на полом валу (16), центробежного насоса (17) гидроциклона (7) совершает вращательное и поступательное движение и сходит с лопастей рабочего колеса с повышенной скоростью. При этом полый вал с рабочим колесом приводится во вращение электродвигателем (9) с редуктором (10). В процессе этого движения увеличивается энергия давления (статический напор) и энергия вращающейся жидкости вокруг оси рабочего колеса (динамический напор). При этом пульпа, закрученная вокруг оси рабочего колеса, приобретает приращение кинетической энергии, а каждая из вращающихся частиц пульпы, в свою очередь, запасает энергию пропорционально ее массе: минералы с большой массой вращаются по максимальному радиусу, вытесняя к центру более легкие частицы. Таким образом осуществляется размещение крупных и тяжелых минералов непосредственно вблизи поверхности излучающих накладок (11) акустических излучателей (12) акустической камеры (13) акустического блока (6), равномерное распределение обрабатываемых минералов во взвешенном состоянии и вытеснение легких частиц пульпы к центру акустической камеры (13). Под действием статического напора пульпа перемещается сверху вниз вдоль оси центробежного насоса (17) гидроциклона (7) с заданной производительностью. Наличие сменного конуса (8) с дросселирующим малым отверстием, крепящегося к нижнему фланцу рабочей камеры (5), позволяет уменьшить расход жидкости через конус и создать во внутреннем объеме акустической камеры (13) гидростатическое давление (4-5 атм). При этом крупные тяжелые минералы, вращающиеся по максимальному диаметру акустической камеры (13), попадают в сменный конус (8) и, уменьшая радиус вращения, вытесняют к центру легкие и мелкодисперсные фракции. Под действием динамического и статического напоров легкие и мелкодисперсные фракции поднимаются по внутреннему отверстию полого вала (16) и через гидропереход (18) и неподвижную трубу (19), расположенную в верхней части рабочей камеры (5), сливаются в отводную трубу (20). При этом крупнодисперсная часть пульпы полностью освобождается от легких и мелкодиспесных частиц, осушается от влаги и, двигаясь по спиральной траектории внутри сменного конуса, выбрасывается через патрубок (21), расположенный в нижней части рабочей камеры (5), в виде обогащенного продукта в емкость (22).

На фиг.3 представлена типовая зависимость параметра нелинейности водной среды (ε) от частоты (f) и горизонта расположения акустической системы “излучатель-приемник” (Z) при естественном перемешивании водной массы, заимствованная из работы /Буланов В.А. Акустика микронеоднородных жидкостей и методы акустической спектроскопии //Диссертация д.ф.-м.н.- Вл-к.: ИПМТ ДВО РАН, 1996, с.358-391/. Следует заметить, что параметр нелинейности является важнейшей характеристикой среды при использовании акустических волн конечной амплитуды в ней. Как видно из фиг.3, максимальное значение параметра нелинейности достигает ~110 на частоте ~34 кГц. Кроме того, существует еще две (более высокочастотные) резонансные частоты: ~45 кГц и ~64 кГц, на которых параметр нелинейности воды составляет величины ~90 и ~73 соответственно и одна менее низкочастотная (по отношению к ~32 кГц): ~20 кГц, на которой параметр нелинейности воды составляет ~80.

На фиг.4 в виде графиков представлены зависимости времени диффузного коллапса пузырьков воздуха (от 1с до 2000с) от их резонансной частоты (1~20 кГц; 2~32 кГц, 3~45 кГц, 4~64 кГц) при различном (от 1 атм до 7 атм). При этом следует заметить, что с изменением гидростатического давления происходит изменение резонансного радиуса воздушных пузырей, находящихся в воде. Так, например, для частоты 20 кГц (длина волны 0,075 м) резонансный радиус при гидростатическом давлении 1 атм. (поверхность) равен 0,016 см, а при гидростатическом давлении 5 атм (рекомендованное для реализации разработанного способа) 0,037 см /Физические основы подводной акустики. Перевод с англ. //Под ред. В.И. Мясищева.- М.: Советское радио, 1955, с.610). Как видно из фиг.3, время жизни пузырьков воздуха при нормальном атмосферном давлении, для их резонансных частот ~20 кГц и ~32 кГц составляет ~4с и ~12с соответственно. Исходя из того что при реализации разработанного способа время жизни пузырьков воздуха в воде при нормальном атмосферном давлении не должно быть меньше 1-2 мин, то использовать частоты ~20 кГц и ~32 кГц для формирования акустических полей в пульпопроводе и акустической камере, а также осуществлять аэрацию пульпы в пульпопроводе нецелесообразно. Хотя, как уже отмечалось ранее при анализе фиг.3, на частоте ~32 кГц параметр нелинейности водной среды имеет свое максимальное значение. Таким образом, рекомендованными частотами при реализации способа исходя из вышеизложенного могут быть частоты от ~40 кГц до ~60 кГц с временем жизни соответствующих им пузырьков воздуха (при нормальном атмосферном давлении) от ~1 мин до ~5 мин.

На фиг.5 представлены расчетные зависимости числа Рейнольдса (Re), характеризующего отношение нелинейности среды к ее вязкости, для четырех значений радиусов пузырьков (R), которым соответствуют резонансные частоты ~20, ~32, ~45 и ~64 кГц, представленные на фиг.4 (с соответствующим обозначением), в зависимости от температуры воды: 5° (линия №1) и 15° (линия №2) Цельсия. Как видно из фиг.5, понижение температуры воды, а также увеличение радиуса пузырьков воздуха (уменьшение их резонансной частоты) приводит к уменьшению числа Рейнольдса, что необходимо учитывать в процессе реализации способа в северных районах. Вместе с тем с учетом фактических значений числа Рейнольдса, указанных на фиг.5 (Re>1), говорить о снижении эффективности способа в целом не следует.

На фиг.6 представлен внешний вид усилителя мощности (фиг.6а) и гидроакустического излучателя (фиг.6б), используемых в процессе проведения экспериментальных исследований.

На фиг.7 для примера (иллюстрирующего высокую актуальность проблемы) показана эффективность работы промывочных приборов различных типов по извлечению золота (фиг.7а), а также распределение золота по классам крупности (фиг.7б) по группам золотороссыпных районов четырех основных месторождений золота Забайкалья /А.В.Липич, В.И. Барышников. Прогнозирование технологических потерь при промывке золотоносных песков. - Безопасность труда в промышленности.- №10, 2001, с.28-30/. При этом по гранулометрическому составу золото классифицировалось на 3 группы (мелкое, среднее и крупное) с размером зерен -0,1; (+1-3) и +3 мм соответственно. Как видно из фиг.7а, относительная эффективность (по процентному извлечению золота из песков) типовых приборов (типа ПГШ), которые наиболее распространены в настоящее время, составляет ~50% для класса крупности -0,2...0 мм, ~70% для класса -0,5...+0,2 мм и т.д. В то время, как видно из фиг.7б, именно мелкое золото (обозначено квадратом с цифрой 1) превалирует (составляет более 50%) в 3-х из 4-х группах районов Забайкалья.

Основные технические характеристики опытной установки по реализации разработанного способа промывки золотоносных песков:

- производительность по пульпе ~2 т/час;

- потребляемая электрическая мощность ~12 кВт;

- электрическое напряжение -220 В, 50 Гц;

- габаритные размеры рабочей камеры: высота ~2,2 м, диаметр 1,5 м;

- масса ~2000 кг и др.

Упрощение процесса промывки золотоносных песков достигнуто за счет того, что дезинтеграция песка, приготовление пульпы и удаление примесей осуществляется одновременно.

Возможность улавливания мелкого (по гранулометрическому составу) золота достигнуто за счет того, что при транспортировке пульпы осуществляется ее аэрация пузырьками воздуха одного размера 1₀ с временем их жизни не менее 1-2 мин, а также формирование стоячих акустических волн перпендикулярно ее потоку на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀ одного размера 1₀; воздействие на пульпу центробежным и акустическим полями осуществляется при гидростатическом давлении 4-5 атм; акустическое поле в акустической камере формируется волнами конечной амплитуды на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω_о одного размера 1₀.

Упрощение процедуры реализации способа в условиях подвижного носителя достигнуто за счет того, что дезинтеграция песка, приготовление пульпы и удаление посторонних примесей осуществляется одновременно; при транспортировке пульпы осуществляется ее аэрация пузырьками воздуха одного размера 1₀ с временем их жизни не менее 1-2 мин, а также формирование стоячих акустических волн перпендикулярно ее потоку на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω_а одного размера 1₀; воздействие на пульпу центробежным и акустическим полями осуществляется при гидростатическом давлении 4-5 атм.

Способ промывки золотоносных песков, включающий в себя дезинтеграцию песка, приготовление пульпы, удаление посторонних примесей, транспортировку пульпы, воздействие на пульпу центробежным и акустическим полями, обесшламливание, сгущение и обезвоживание песка, отличающийся тем, что дезинтеграция песка, приготовление пульпы и удаление посторонних примесей осуществляется одновременно; при транспортировке пульпы в противопотоке осуществляется ее аэрация пузырьками воздуха одного размера временем их жизни не менее 1-2 мин, а также формирование стоячих акустических волн в пульпопроводе перпендикулярно потоку пульпы на частоте ω_{а ,} соответствующей резонансной частоте ω₀ пузырьков воздуха одного размера l₀; воздействие на пульпу центробежным и акустическим полями в акустической камере осуществляется при гидростатическом давлении в 4-5 атм; акустическое поле в акустической камере формируется волнами конечной амплитуды на частоте ω_а, соответствующей резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀ одного размера l₀, при помощи акустических излучателей, расположенных равномерно по всей поверхности акустической камеры.