ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТОВ ПНЕВМОСЕПАРАЦИИ

ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТОВ ПНЕВМОСЕПАРАЦИИ

Научная статья

Лебедев И.Ф. *

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Севера им.Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук (ИГДС СО РАН), Якутск, Россия

* Корреспондирующий автор (ivleb[at]mail.ru)

Аннотация

В работе рассматриваются новые технологии воздушной сепарации, разработанные для переработки упорных руд и песков в районах с дефицитом водного ресурса (Монголия, Мексика, Африка, Россия). Основное преимущество сухой технологии заключается в том, что исключается необходимость затрат на капитальное строительство для поддержания водного хозяйства при отрицательных температурах, нет необходимости затрат на строительство и эксплуатацию рудовозной дороги, снимаются проблемы с организацией хвостохранилищ. На основе анализа существующих методов сухой переработки и обогащения полезных ископаемых, авторами разработан и изготовлен пневмосепаратор ПОС-2000.

Ключевые слова: пневмосепаратор, классификатор, сухая технология, обогащение, полезные ископаемые.

MINERAL PROCESSING WITH THE USE OF AIR SEPARATION DEVICES

Research article

Lebedev I.F. *

Federal State Budgetary Institution of Science, Chersky Institute of Mining of the North, Branch of the Russian Academy of Sciences (CIMN SB RAS), Yakutsk, Russia

* Corresponding author (ivleb[at]mail.ru)

Abstract

The paper discusses new air separation technologies developed for the processing of refractory ores and sands in areas with a shortage of water resources (Mongolia, Mexico, Africa, Russia). The main advantage of the dry technology is that it eliminates the need for capital construction to maintain water management at low temperatures, there is no need for the construction and operation of the ore carrying road, besides the problems with the tailing dump organization are removed. Based on the analysis of existing methods of dry processing and enrichment of minerals, the authors have developed and manufactured a pneumatic separator POS-2000.

Keywords: pneumatic separator, classifier, dry technology, enrichment, minerals.

Несмотря на то, что обогащение полезных ископаемых путем воздушной сепарации как метод используется уже несколько столетий, широкого распространения это метод так и не получил из-за невысокой степени извлечения, достигаемой в процессе воздушной сепарации. Тем не менее, новые технологии воздушной сепарации, разработанные для переработки упорных руд в засушливых районах, с успехом применяются на практике. Кроме того, такие технологии не наносят значительного вреда окружающей среде.

Более того, успехи, достигнутые при помощи перерабатывающей установки с производителыюстью 200 м³/час, которая была построена компанией Minera Secotec в золотоносном районе El Boludo в Мексике, подтверждают, что при помощи воздушной сепарации можно достичь высокой степени извлечения и производительности. При этом вода, которая в этих регионах крайне дефицитна, не используется. Кроме того, при использовании воздушной сепарации довольно просто организовать процесс рекультивации земель для последующего их использования [5, С. 29-31].

Установка состоит из двух секций, соединенных друг с другом. Основная секция сооружена на стальной раме длиной 15 м, шириной 8 м и высотой 9 м. Эта секция передвигается на трех парах самолетных колес, что обеспечивает полную устойчивость конструкции при ее движении. В состав всей конструкции, оснащенной 40 гидравлическими подъемниками, входят высокочастотный вибрационный грохот, два распределителя, направляющие материал во вращающиеся воздушные концентраторы, и перечистной концентратор. При этом все компоненты конструкции связаны между собой ленточными конвейерами. Вся установка и передняя секция загрузки приводятся в действие основным дизельным двигателем мощностью 300 кВт.

Вес всей установки составляет 200 т, a ее работа происходит в соответствии с автоматически заданным рабочим циклом («пуск-остановка»).

В целом, надо признать, фирма Minera Secotec сделала большой шаг в технологии сухого пневматического обогащения тяжелых минералов сухим пнематическим способом.

Основное преимущество сухой технологии заключается в том, что исключается необходимость затрат на капитальное строительство для поддержания водного хозяйства при отрицательных температурах, нет необходимости затрат на строительство и эксплуатацию рудовозной дороги, снимаются проблемы с организацией хвостохранилищ.

В Монголии при проведении крупнообъемного опробования месторождения золота используются пневматические аппараты Канадского и Китайского производства.

Пневматический шлюз канадского производства. Шлюз представляет собой крутонаклонный желоб с рифлями высотой 100 мм (см. рисунок 1). Ширина желоба 400 мм, длина – 750 мм. Днище желоба выполнено в виде трубы с  квадратным сечением, в который вентилятором типа «улитка» подается воздух. Дно желоба под рифлями выстлано тонкоячеистой сеткой. На желобе установлен бункер. Над днищем бункера установлен грохот с ромбовидными ячеями с размерами по ширине 50 мм.

Подача обломочного материла из бункера в желоб регулируется затвором. Вся эта система подвешена на пружинах. При подаче воздуха под воздействием вибрации шланга желоб вибрирует, а на дне желоба возникает пвсевдокипящий слой. Пелитовый и песчаный материал уносится воздухом, грубообломочный материал переполняет шлюзы и соскальзывает вниз, минералы высокой плотности скапливаются между шлюзами.

Производительность установки 0,35 т/ч или 0,2 м³/ч. При этом следует учесть, каждый раз обогащаемый материал прогоняется дважды. При первом цикле обработки в хвосты попадает 20 – 40% шлихового золота. После второго цикла обогащения золото в хвостах практически отсутствует. Сокращение в 200 – 400 раз. Питание воздуходувки от электрогенератора «Хонда» мощностью 1,5 кВт. Съем концентрата производится довольно быстро, так как желоб со шлюзами легко  вынимается из корпуса воздуховода подобно крышке пенала.

Установка выполнена тонколистовой нержавеющей стали, быстро собирается и разбирается на составные части. В разобранном виде установка вместе с электрогенератором легко переносится с места на место.

К недостатку шлюза можно отнести быстрое изнашивание мелкоячеистой сетки на днище желоба. Во всем остальном установка полностью отвечает своему назначению.

 

Рис. 1 – Пневматический шлюз Канадского производства в работе

 

Пневматический шлюз китайского производства. Шлюз установлен горизонтально и висит на четырех проволочных подвесках с регулируемой, при помощи гаек. Шлюзы выполнены из стальных уголков с шириной полки 50 мм. Полки уголков со стороны хода обломочного материала приварены к днищу (см. рисунок 2). С другой стороны, между днищем желоба и полочкой уголка оставлена щель шириной 2 мм на всю длину уголка. Под уголками установлены коробчатые патрубки для подачи воздуха. Во время работы шлюз при помощи кулачкового механизма приводится в колебательное движение в горизонтальном направлении. Амплитуда колебаний 50 мм. Причем кулачковый механизм выполнен таким образом, что желоб в обратном направлении движется с большим ускорением, чем вперед, и, за счет этого,  происходит движение грубообломочного материала вперед.

Рис. 2 – Пневматический шлюз Китайского производства:

1 – рифли; 2 – патрубки поддува воздуха; 3 – направление подачи материала; 4 – полый корпус распределителя воздушного потока; 5 – патрубок подачи основного воздуха; 6 – вентилятор распределения воздушного потока

 

Длина желоба 2 м, ширина – 0,6 м, производительность – 1т/ч.  Питание воздуходувки и привода колебательного механизма от дизельного электрогенератора мощностью 4 кВ. Исходный материал сокращается в сотни раз. Разгрузка концентрата производится путем снятия желоба с подвески и его опрокидывания. Желоб весьма массивен, так как выполнен из стальных листов и уголков толщиной 3 мм, и, поэтому, двое рабочих справляются с ним с большим трудом. Подача руды производится вручную.

К общим недостаткам рассмотренных пневматических шлюзов можно отнести невозможность создания установки с производительностью более 1 – 2 т/ч, так как увеличение размеров шлюза приведет к неуправляемости воздушного потока. На этих шлюзах невозможно сепарировать протолочки рудного материала. При отсутствии грубообломочного материала поток воздуха распределяется неравномерно, в одних местах шлюза воздух совсем не пробивается, а в других образует высокие пылевато-песчаные «гейзеры» с которыми уходит золото. Также, к общим недостаткам можно отнести затрудненность организации отвода от рабочего места пылеватого материала. Вынос большого количества золота при первом цикле сепарации происходит из-за высокого содержания пелитового и мелкопесчаного материала. По этой причине распределение воздуха происходит неравномерно и в местах пробоя воздуха вместе с обломочным материалом уходит и золото.

В 2010 году ОДО «Ламел-777» разработало воздушные классификаторы предназначеные для разделения дисперсных материалов по крупности. Могут работать как автономно, так и в замкнутых контурах измельчения с мельницами различных конструкций. Воздушные классификаторы могут быть использованы для сепарации материалов по плотности или форме частиц. ОДО «Ламел-777» разработаны и изготавливаются:

• Многопродуктовые каскадно-гравитационные классификаторы КГК
• Многопродуктовые комбинированные классификаторы КМК
• Центробежные статические КЦС и динамические КЦД классификаторы.

Классификаторы КГК и КМК предназначены для разделения по крупности и серпарации дисперсных материалов в диапазоне граничной крупности от ~ 0,2 мм до нескольких миллиметров.

Комбинированные классификаторы КМК являются новым поколением воздушных многопродуктовых классификаторов, разработанных и запатентованных Предприятием, отличающихся более широким и независимым диапазоном регулировки крупности продуктов разделения, при более высоком качестве разделения.

Конструкции классификаторов КГК и КМК, разработанных Предприятием, отличаются многообразием по производительности от 0,1 до 100 т/ч, по величине граничных крупностей, по количеству продуктов Разделения (от 2-х до 4-х), так как адаптированы для решения различных технологических задач. К началу 2013 года ОДО «Ламел-777» поставило заказчикам более 20 классификаторов КГК и КМК в различные технологии и для различных материалов. Одно из основных направлений использования классификаторов КГК и КМК - переработка отсеков дробления с целью получения фракционированных заполнителей различного назначения, предобогащение и обогащение минерального сырья, переработка техногенных отходов.

Воздушно- центробежные классификаторы KIIC и КЦД предназначены  для производства тонкодисперсных материалов и обеспыливания дисперсных материалов в диапазоне граничных крупностей от нескольких мкм до нескольких сотен мкм. Классификаторы предусматривают работу, как с механической, так и с загрузкой исходного материала в  виде аэродисперсного потока. Большинство конструкций классификаторов КЦС и КЦД защищены патентами РБ и РФ. Производительность разработанных конструкций классификаторов КЦС и КЦД составляет от 0,1 до 40 т/ч. Предприятие готово разработать и изготовить классификаторы КЦД производительностью до нескольких сот тонн в 1 час. К началу 2013 года ОДО «Ламел-777» поставило заказчикам около 80 классификаторов, которые работают как автономно, так и в замкнутом цикле с различными мельницами [6, С.402-405,7].

В Институте горного дела Севера им.Н.В. Черского СО РАН разработан и изготовлен опытный вариант полупромышленного пневмосепаратора ПОС-2000 для обогащения золотосодержащих руд (см. рисунок 3).

Пневмосепаратор представляет собой конструкцию воздушно-проходного типа с системой отсекающих и направляющих пластинок, установленных в рабочей зоне сепарации, подвижной рабочей поверхностью для перемещения основной массы исходного материала [8, С. 346, 9-10].

Рис. 3 – Пневмосепаратор ПОС-2000 (а) общий вид и (б) пневмосепаратор в работе

 

Испытания оборудования показали, что максимальная производительность пневмосепаратора составляет 6,2 т/час. Обогащению подвергался тонко измельченный рудный материал крупностью -2 мм.

В результате опытно-промышленных испытаний установлена максимальная степень сокращения исходного материала до 16 раз. Выявлено, что степень сокращения исходного материала зависит от вещественного (минералогического) состава руды, доли содержания в ней минералов легкой и средней плотности до 4 г/см³, также производительность зависит от влажности исходного материала.

Извлечение составило 98%. Степень концентрации золота в концентрат по сравнению с качеством хвостов составило более 1000, что подтверждает высокую эффективность разделения по плотности в пневмосепараторе.

Для эффективной работы пневмосепаратора влажность не должна превышать 5-6%.

Полученные результаты исследований свидетельствуют о высокой степени эффективности процесса воздушной сепарации, не уступающим традиционным способам «мокрого» обогащения.

В заключение следует отметить. Пневматическое обогащение тяжелых минералов в условиях пустынных и засушливых регионов, а также в регионах с продолжительным зимним сезоном, в особенности при эксплуатации небольших месторождений вполне реально и имеет большие перспективы.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список использованной литературы / References

1. Тюкин А. П. Аэродинамическая сепарация и ударная классификация зернистых материалов / Тюкин А. П. // Обогащение руд. – 2011. - №5. - С.7-12.
2. Едильбаев А.И. Технология сухого обогащения ильменитовых руд Саптаевского месторождения. / Едильбаев А.И. // Горный журнал. – 2009. - № 6. – С. 70-71.
3. Валиев Н. Г. Технология сухого обогащения кварц-полевошпатовой руды / Н. Г. Валиев, А.А. Кутенев. // Горный журнал. – 2011. – № 2, с. 103–105.
4. Меринов Н.Ф. Особенности пневматических методов обогащения / Меринов Н.Ф. // Обогащение руд. – 2011. – № 4.
5. Благородные металлы и драгоценные камни мира. / Обзор промышленности по материалам зарубежной специализированной прессы. № 10.- 2000. С. 29-31.
6. Сборник материалов IX Конгресса обогатителей.– Москва.– 2013.– С.402-405.
7. Фогелев В.А. Возможности воздушной классификации и сепарации в процессах обогащения минерального сырья / Мельников А.В., Мельников Д.А. // Золото и технологии. – 2013. - № 1.
8. Пат. № 2167005 Российская Федерация, 7 В 07 В 7/08. Пневмосепаратор /Матвеев А И, Филиппов В.Е., Федоров Ф.М., Григорьев А.Н., Яковлев В.Б., Еремеева Н.Г.,Слепцова Е.С.Гладышев А.М., Винокуров В.П: Заявл.11.06.99; опубл. 20.05.2001. // Изобретения. Полезные модели.– 2001.– №14.– Ч. 2.– С. 346.
9. Лебедев И.Ф. Технологические испытания пневмосепаратора ПОС-2000 в составе модульной передвижной рудообогатительной установки (МПРОУ) в условиях отрицательных температур / Лебедев И.Ф., Матвеев А.И., Филиппов В.Е. // Горн. информ.-аналит. бюл. – 2012.–№10.– С.212.
10. Лебедев И.Ф. Результаты испытаний пневмосепаратора ПОС-2000 при отрицательных температурах // Проблемы горной науки: взгляд молодых ученых : сборник материалов конф. 7 февр. 2012 г., Якутск / Изд-во ФГБУНИМЗ им. П.И.Мельникова СО РАН. Якутск, 2013.– С.51-57.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Tyukin, A.P. Aerodinamicheskaya separatsiya i udarnaya klassifikatsiya zernistykh materialov [Aerodynamic Separation and Impact Classification of Granular Materials, Enrichment of Ores]. – 2011. – No.5. – P.7-12. [In Russian]
2. Edilbaev A.I. Tekhnologiya sukhogo obogashcheniya il'menitovykh rud Saptayevskogo mestorozhdeniya [Technology of Dry Enrichment of Ilmenite Ores from Saptaevskoye Field] // Gornyy zhurnal [Mining Journal] – 2009. – No. 6. – P. 70-71. [In Russian]
3. Valiev N. G. Tekhnologiya sukhogo obogashcheniya kvarts-polevoshpatovoy rudy [Technology of Dry Enrichment of Quartz-Feldspar Ore] / N. G. Valiev, A.А. Kutenev. // Gornyy zhurnal [Mining journal] – 2011. – No. 2, P. 103–105. [In Russian]
4. Merinov N.F. Osobennosti pnevmaticheskikh metodov obogashcheniya [Features of Pneumatic Enrichment Methods] // Obogashcheniye rud [Ore dressing]. – 2011. – No. 4. [In Russian]
5. Blagorodnyye metally i dragotsennyye kamni mira [Precious Metals and Precious Stones of the World] / Obzor promyshlennosti po materialam zarubezhnoy spetsializirovannoy pressy [Industry review on materials of foreign specialized press]. – No. 10. – 2000. – P. 29-31. [In Russian]
6. Sbornik materialov IX Kongressa obogatiteley [The Collection of Materials of the IX Congress of Enrichers]. – Moscow .– 2013. – P.402-405. [In Russian]
7. Fogelev V.A. Vozmozhnosti vozdushnoy klassifikatsii i separatsii v protsessakh obogashcheniya mineral'nogo syr'ya [Opportunities of Air Classification and Separation in Process of Enrichment of Mineral Raw Materials] / Melnikov A.V., Melnikov D.A. // [Gold and Technology]. – 2013. – No. 1. [In Russian]
8. № 2167005 Rossiyskaya Federatsiya, 7 V 07 V 7/08. Pnevmoseparator [Patent No.2167005 Russian Federation, 7 W 07 W 7/08. Pneumoseparator] / Matveev A.I., Filippov V.E., Fedorov F.M., Grigoriev A.N., Yakovlev V.B., Eremeeva N.G., Sleptsova E.S., Gladyshev A.M., Vinokurov V.P: Declared 11.06.99; publ. 20.05.2001. // Inventions. Utility models. – 2001. – No.14. – Ch. 2. – P. 346. [In Russian]
9. Lebedev I.F. Tekhnologicheskiye ispytaniya pnevmoseparatora POS-2000 v sostave modul'noy peredvizhnoy rudoobogatitel'noy ustanovki (MPROU) v usloviyakh otritsatel'nykh temperatur [Technological Tests of POS-2000 Pneumatic Separator as Part of Modular Mobile Ore-Dressing Plant (MMODP) under Negative Temperatures / Lebedev I.F., Matveyev A.I., Filippov, V.Ye. // inform.-analit. byul [Min. Inform.-analyt. Bullet.] – 2012. – No.10. – P.212. [In Russian]
10. Lebedev I.F. Rezul'taty ispytaniy pnevmoseparatora POS-2000 pri otritsatel'nykh temperaturakh [The Test Results of the Pneumatic Separator POS-2000 at Negative Temperatures] // Problemy gornoy nauki: vzglyad molodykh uchenykh : sbornik materialov konf. [Problems of mining science: a view of young scientists: a collection of materials conf.] Feb 7 2012, Yakutsk / FGBUNIMZ publ. house named after P.I. Melnikov SB RAS. Yakutsk, 2013. – P .51-57. [In Russian]