INTENSIFICATION OF THE THICKENING PROCESS OF FINAL TAILINGS OF GRAVITY GOLD-BEARING RESIDUAL SOIL OF THE VINOKUROVSKY ORE OCCURRENCE

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.131.73
Issue: № 5 (131), 2023
Suggested:
07.04.2023
Accepted:
27.04.2023
Published:
17.05.2023
763
4
XML
PDF

Abstract

The influence of different flocculants and coagulants on the process of intensification of thickening of final tails of gold-bearing residual soil of Vinokurovsky ore deposit was studied. The dependence of solid content in sediment on the consumption of coagulants and flocculants, as well as the dependence of the specific area of sedimentation on the consumption of coagulants and flocculants, is determined. It is established that the most effective reagent for intensification of the thickening process of oxidized gold-bearing ore is Magnaflok 351 at a consumption rate of 5 g/t. This reagent consumption allows to obtain a solid content in the sludge of 60.51% at a small specific area of sedimentation. The drain loss with this reagent is 15 g/m3. The drain loss without reagent is 40 g/m3.

1. Введение

Затраты предприятий на складирование отходов горной промышленности составляют до 50% от общей стоимости обогатительного передела и увеличиваются в связи с ростом цен на электроэнергию, воду и оборудование. Одним из перспективных направлений в энергосбережении процесса складирования отходов является сгущение хвостовой пульпы с организацией частичного или полного внутрифабричного водооборота

.

Операция сгущения позволяет существенно сократить расходы на электроэнергию, потребление свежей воды за счет использования водооборота, а также снижается количество продукта, поступающего в хвостохранилище, за счет увеличения содержания твердого в сгущенном продукте.

Статистический анализ существующих систем оборотного водоснабжения в комплексе с процессом сгущения обогатительных фабрик по переработке шламистых руд показывает, что для решения вопросов чистоты оборотных вод требуется комплексный подход к системе обезвоживания

,
,
,
.

Для ускорения процесса сгущения в пульпу добавляют специальные реагенты, вызывающие коагуляцию или флокуляцию, т.е. слипание мельчайших минеральных частиц и образование относительно крупных, быстро осаждающихся агрегатов

. При использовании реагентов флокулирующего и коагулирующего действия снижается потребная площадь сгущения, что позволяет существенно сократить капитальные вложения при строительстве или реконструкции обогатительной фабрики. Основное преимущество флокулянтов перед коагулянтами состоит в том, что они обеспечивают более прочное связывание частиц суспензии в относительно упругую пористую структуру, которая обладает достаточно высокой сопротивляемостью к разрушению под действием механической обработки. Благодаря этим свойствам, обработанные флокулянтом суспензии, значительно быстрее седиментируют, а осадок обладает более высокой плотностью и легче обезвоживается прессованием или центрифугированием, так как его гидравлическое сопротивление в процессе обработки растет значительно медленнее, чем у суспензий, обработанных коагулянтом. В то же время, флокулянты имеют один существенный недостаток – их молекулы, в силу огромной молекулярной массы, обладают очень низкой подвижностью, что создает проблемы при смешивании исходного раствора флокулянта с суспензией и равномерном распределении его молекул в объёме обрабатываемой суспензии и, следовательно, на поверхности частиц
,
,
,
.

Цель данной работы состояла в том, чтобы определить оптимальный расход и тип реагента для интенсификации процесса сгущения отвальных хвостов золотоносных кор выветривания одного Винокуровского рудопроявления с массовой долей золота 1,5 г/т

.

2. Методика исследований и обработки данных

В качестве объекта исследования выбраны золотоносные коры выветривания Винокуровского рудопроявления с массовой долей золота 1,5 г/т. Основные рудные минералы – самородное золото, магнетит, гетит, сульфиды, нерудные минералы с высоким удельным весом – англезит, пироморфит, церуссит и рутил, а также кварц, нередко находящийся в тонком срастании с золотом.

Для проведения исследований по интенсификации процесса сгущения из исходной руды были выделены отвальные хвосты после концентрации на центробежном сепараторе Falcon. Крупность хвостов сепарации составила 85% класса – 0,074 мм. Результаты обогатимости золотоносных кор выветривания представлены в работе

.

Эксперименты проводились согласно рекомендаций, изложенных в

,

Сгущение пульпы осуществлялось в цилиндрах емкостью 500 мл. Для опытов берут свежую, полученную в процессе обработки руды пульпу; плотность твердой пульпы определяется заранее. В полученной пульпе, так называемой исходной, определяют весовое отношение жидкого к твердому (R) по формуле 1.1.

img
(1.1)

где δ – плотность твердой фазы, г/см3; V – объем пульпы, см3; Р – масса пульпы, г.

Значение Р определяют взвешиванием пульпы известного объема. После этого приступают к приготовлению из исходной пульпы порций с отношением жидкого к твердому (R) от 10 до 3.

Для этого по формуле 1.2 вычисляют массу твердого в граммах (Т) в каждой порции, причем объем порции V зависит от емкости используемых для сгущения цилиндров, а значение R принимают для каждой порции в указанных пределах.

img
(1.2)

Затем по формуле 1.3 вычисляют объем исходной пульпы, необходимый для получения каждой порции. Отмеривают нужные объемы исходной пульпы и частичным обезвоживанием (сгущением с последующей декантацией) или разбавлением доводят их до объема на 100-150 мл меньше емкости цилиндров, в которых проводится сгущение.

img
(1.3)

Эксперимент проводился в следующей последовательности: навеску пульпы помещают в цилиндр, добавляют реагенты, перемешивают, а затем воду доливают до отметки 500 мл. Полученную суспензию тщательно перемешивают многократным перевёртыванием цилиндра. Цилиндры ставят на ровную, хорошо освещённую поверхность. Через некоторое время появляется заметная граница осаждающегося твёрдого, выше которой находится слой осветлённой жидкости. Проводят наблюдение за скоростью перемещения границы осветлённого слоя через каждую минуту в течение 1-2 часов, до тех пор, пока сгущенный продукт не перестанет уплотняться. В конце наблюдений замеряют высоту слоя сгущенного осадка и диаметр цилиндра. Строят графическую зависимость осветлённого слоя (h) от времени отстаивания при различных концентрациях и исследуемых реагентов.

Удельную площадь осаждения определяют по формуле 1.4.

img
(1.4)

где R1 и R2 – исходное разжижение и в осадке соответственно; К – коэффициент использования площади сгустителя (К = 0,7÷0,8); ν – скорость осаждения, м/ч.

Скорость расслоения пульпы определяли в начальный момент сжатия осадка по формуле 1.5.

img
(1.5)

где H – высота осветленного слоя в начальный момент сжатия, мм; t – время осветления пульпы в начальный момент сжатия, сек.

Плотность обезвоженного осадка характеризуют содержанием твёрдого и определяют по формуле 1.6

img
(1.6)

где βт – содержание твёрдого в осадке, %; Rос – отношение жидкого к твёрдому (ж:т) в осадке находят по формуле 1.7

img
(1.7)

где mв – масса воды в осадке, г; mт – масса исходной навески, г.

Осадок после сгущения содержит твёрдое и воду. Объём осадка вычисляют по формуле 1.8.

img
(1.8)

где S – площадь сечения цилиндра; см2 hос – высота осадка, см. (формула 1.9);

img
(1.9)
img
(1.10)

Объем твердого находят по формуле 1.11.

img
(1.11)

Объем воды находят по формуле 1.12.

img
(1.12)

Так как плотность воды равна единице, то объем воды равен массе воды.

Данные наблюдений и расчётов записывают в таблицу и строят графическую зависимость осветлённого слоя (h) от времени отстаивания при различных концентрациях и исследуемых реагентов.

Математическая обработка статистического материала, для всех исследований заключается в следующем:

- все исследования (каждая точка на графике) дублировалась по пять раз;

- определяется среднее арифметическое по формуле;

img
(1.13)

где N – число опытов, X – значение функции отклика.

- рассчитывается среднеквадратическое отклонение по формуле

img
(1.14)

- размах варьирования определяется по формуле:

img
(1.15)

- определяется среднеквадратическая ошибка по формуле:

img
(1.16)

- рассеивание отдельных измерений около среднего значения характеризуются дисперсией (Д), которая равна σ2.

- определяется коэффициент вариации по формуле:

img
(1.17)

- показатель точности находится по формуле:

img
(1.18)

Среднее арифметическое сопровождается указанием, с какой погрешностью и вероятностью оно определено, т.е. доверительная оценка интервала и вероятности.

- доверительный интервал определяется по формуле:

img
(1.19)

где t коэффициент вероятности или показатель достоверности определяет по принятому уровню значимости (при 95 % надежности)

.

3. Результаты реализации методики и обсуждение

Предварительно на пробе отвальных хвостов определена исходная объемная концентрация твёрдого, которая составила 370 г/л (30% твердого).

Для интенсификации процесса сгущения были использованы следующие коагулянты: Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3, Ca(OH)2. Это эффективные и относительно дешевые реагенты, широко использующиеся в практике обогащения руд. Диапазон расходов реагентов коагулирующего действия составил от 73,92 до 443,52 мг/л (от 200 до 1200 г/т.)

Для оценки эффективности исследуемых реагентов проведены опыты с осаждением без коагулянта.

Результаты исследований показаны в таблице 1 и на рисунках 1, 2.

Таблица 1 - Результаты исследований влияния коагулянтов на показатели сгущения

Расход, мг/л

Время осаждения, (t1), мин

Высота осветленного слоя, H01, мм

Высота осадка (начало уплотнения) (h с1),мм

Высота уплотнённого осадка (h с2),мм

Удельная площадь сгущения (f),м2/т.час

Содержание твёрдого (Βтв),,%

Разжижение, (R) Ж:Т

Скорость осаждения, мм/с

Без реагентов

0

44

96

211

138

6,68

53,68

0,86

0,036

Al2(SO4)3

73,92

50

110

200

135

6,16

52,93

0,89

0,037

147,84

58

117

193

137,5

5,74

52,28

0,91

0,034

221,76

57

120

187

134

5,03

54,73

0,83

0,035

295,68

45

114

139

101

3,4

60,51

0,65

0,042

369,6

50

116

194

133

5,48

53,46

0,87

0,039

443,52

57

119

188

142

4,4

52,66

0,9

0,035

Са(ОН)2

73,92

50

112

195

137

5,17

53,94

0,85

0,037

147,84

55

115

195

136

5,88

52,67

0,9

0,035

221,76

45

115

138

101,5

3,24

60,32

0,66

0,043

295,68

49

120

187

136

4,16

54,20

0,85

0,041

369,6

45

115

195

138

4,65

52,15

0,92

0,043

443,52

43

115

192

143

3,66

52,41

0,91

0,045

Fe2(SO4)3

73,92

47

121

186

136

3,99

54,20

0,85

0,043

147,84

37

121

189

131

3,9

54,00

0,85

0,055

221,76

40

121

186

132

3,75

55,28

0,81

0,050

295,68

47

116

137

99

3,69

61,26

0,63

0,041

369,6

57

120

190

133

4,66

53,46

0,87

0,035

443,52

44

117

190

140,5

3,63

53,04

0,89

0,044

График зависимости содержания твёрдого в осадке от расхода коагулянтов

Рисунок 1 - График зависимости содержания твёрдого в осадке от расхода коагулянтов

График зависимости удельной площади осаждения от расхода коагулянтов

Рисунок 2 - График зависимости удельной площади осаждения от расхода коагулянтов

По результатам проведенных опытов можно сделать вывод, что сульфат алюминия и сульфат железа показали при разных расходах невысокие результаты: время осаждения было 58-37 минут, и, соответственно, удельная площадь сгущения снизилась с 6,16 м2/т.час до 3,24 м2/т.час. При увеличении расхода коагулянтов происходит снижение удельной площади осаждения и содержание твердого в сгущенном продукте. Это объясняется увеличением двойного электрического слоя, препятствующего укрупнению частиц. Из традиционных коагулянтов лучшие результаты показала известь. Так, при расходе извести 221,76 мг/л (600 г/т) удельная площадь сгущения составляет – 3,24 м2/т.час при содержании твердого в сгущенном продукте 60,32 %.

Дальнейшие исследования были проведены с применением реагентов флокулянтов - Magnaflok 338, Magnaflok 351, Superflok H300, полиакриламид (ПАА), с расходом от 1,845 до 18,45 мг/л (от 5 до 50 г/т).

Реагенты М-351 и Superflok H 300 имеют рабочий диапазон значений рН от 1 до 11. Относятся они к неионогенным полиакриламидам с высокомолекулярной массой. Эти флокулянты изготавливаются методом полимеризации акриламида и имеют молекулярную массу 10 миллионов, вязкость при концентрации 5 г/л от 8 сП до 200 сП.

К анионным реагентам относятся Magnaflok 338 и ПАА рабочий диапазон значений рН составляет от 5 до 11. Эти флокулянты изготавливаются методом сополимеризации акриламида и соли карбоновой или сульфокислоты. Молекулярная масса составляет 20 миллионов, вязкость при концентрации 5 г/л от 60 до 200 сП.

Результаты исследований показаны в таблице 2 и на рисунках 3, 4.

Таблица 2 - Результаты исследований влияния флокулянтов на показатели сгущения

Расход, мг/л

Время осаждения,

(t1), мин

Высота осветленного слоя, H01, мм

Высота осадка (начало уплотнения) (h с1),мм

Высота уплотнённого осадка

(h ос2),мм

Удельная площадь сгущения (f),м2/т.час

Содержание твёрдого (Βтв),,%

Разжижение, Ж:Т

Скорость осаждения, мм/с

Magnaflok 338

1,845

57

134

119

110,5

0,82

57,15

0,75

0,0392

3,69

48

154

156

145

0,71

50,42

0,98

0,0535

5,535

56

145

162

149

1,00

50,97

0,96

0,0432

7,38

37

137

116

109

0,43

57,66

0,73

0,0617

9,225

46

158

152

139

0,79

51,90

0,93

0,0572

18,45

38

154

153

142

0,54

52,66

0,9

0,0675

Magnaflok 351

1,845

63

142

111

101

1,01

60,51

0,65

0,0376

3,69

63

162

148

133

1,22

53,46

0,87

0,0429

5,535

61

157

150

141,5

0,75

52,78

0,89

0,0429

7,38

44

146

161

145,5

0,93

51,80

0,93

0,0553

9,225

43

151

159

145

0,83

50,42

0,98

0,0585

18,45

31

143

164

155

0,39

49,61

1,02

0,0769

Superfloc H300

1,845

60

132

121

111

1,03

56,99

0,75

0,0367

3,69

88

163

147

142,5

0,51

51,03

0,96

0,0309

5,535

55

152

155

142

0,94

52,66

0,9

0,0461

7,38

31

148

159

144

0,63

52,17

0,92

0,0796

9,225

30

150

160

138,5

0,90

52,02

0,92

0,0833

18,45

17

115

138

109

0,65

51,23

0,95

0,1127

ПАА

1,845

50

110

200

140

5,69

51,64

0,94

0,0367

3,69

75

150

160

147

1,36

49,95

1

0,0333

5,535

55

150

157

143

1,03

52,41

0,91

0,0455

7,38

36

127

126

112

0,90

56,66

0,76

0,0588

9,225

44

153

157

145

0,72

50,42

0,98

0,0580

18,45

36

143

164

154

0,50

49,83

1,01

0,0662

График зависимости содержания твёрдого в осадке от расхода флокулянтов

Рисунок 3 - График зависимости содержания твёрдого в осадке от расхода флокулянтов

График зависимости удельной площади осаждения от расхода флокулянта

Рисунок 4 - График зависимости удельной площади осаждения от расхода флокулянта

Как видно из графиков, все флокулянты работают, независимо от их типа.

При увеличении расхода неионогенного реагента Мagnaflok-351 от 1,845 до 18,45 мг/л (с 5 до 50 г/т) время осаждения осадка с 63 минут уменьшается до 31. Флокулянт Superfloc H 300 позволяет уменьшить время осаждения с 60 до 17 минут. Удельная площадь сгущения при этом уменьшалась от 5,69 м2/т.час до 0,5 м2/т.час. Следует отметить, что содержание твёрдого в сгущённом продукте при использовании реагента Мagnaflok-351 при расходе 1,845 мг/л (5 г/т) значительно выше и составляет 60,51% в сравнение с реагентом Superfloc H 300 (при расходе 20 г/т) 57,66 %.

Из анионных флокулянтов, наибольший ионный заряд имеет Magnaflok 338, чем ПАА. Известно, что при маленьких расходах, более эффективен реагенты с большим зарядом. Так, при расходе Magnaflok 338 1,845 мг/л (5 г/т) удельная площадь составила 1,03 м2/т.час при содержании твёрдого 56,99 %, а у ПАА при расходе 7,38 мг/л (20 г/т) 0,9 м2/т.час при содержании твёрдого 56,66%. Увеличение расхода флокулянтов снижает удельную площадь осаждения и содержание твёрдого в сгущённом продукте. Это объясняется тем, что при флокуляции образуются комплексы каркасы, т.е. происходит связывание поверхности двух частиц «мостиком» полимерной цепочки флокулянта внутри которого имеется большое количество воды.

Заключительный этап исследований был направлен на определение потерь твёрдого со сливом сгустителя. При оптимальном реагентном режиме с использованием реагента Magnaflok 351 при расходе 1,845 мг/л (5 г/т), был отобран и отфильтрован слив, определена масса твёрдого в нем. Расчёт показал, что потери со сливом при использовании данного реагента составляют 15 г/м3. При этом потери со сливом без использования реагентов составляют 40 г/м3.

4. Заключение

Для интенсификации процесса сгущения в работе были использованы различные регенты, как коагулирующего действия, так и флокулирующего механизма действия.

В качестве коагулянтов использовались Al2(SO4)3, Ca(OН)2, Fe2(SO4)3 в диапазоне 73,92 до 443,52 мг/л (от 200 до 1200 г/т.) с интервалом 73,92 мг/л (200 г/т). Это эффективные и относительно дешевые реагенты, широко применяемые в практике обогащения. Определено, что Al2(SO4)3,и Fe2(SO4)3 не обеспечивают высокие результаты осаждения, а именно: использование Al2(SO4)3 позволяет получить содержание твердого в осадке 60,51% при удельной площади осаждения 3,40 (м2*ч)/т; использование Fe2(SO4)3 позволяет получить содержание твердого в осадке 61,26% при удельной площади осаждения 3,69 (м2*ч)/т. Из традиционных коагулянтов лучшие результаты получены с использованием извести, так при оптимальном расходе Са(ОН)2 221,76 мг/л (600 г/т) возможно получить содержание твердого в осадке 60,32% при удельной площади осаждения 3,24 (м2*ч)/т.

В качестве реагентов флокулянтов использовали: анионные флокулянты Magnaflok 338, ПАА; неионогенные Magnaflok 351, Superflok Н 300, расход флокулянтов изменялся от 1,845 до 18,45 мг/л (от 5 г/т до 50 г/т). Эти реагенты широко используются в практике переработки окисленных золотосодержащих руд на Васильевском руднике, Золотоизвлекательной фабрике ЗИФ 1 Олимпиадинского ГОКа.

При исследовании реагентов флокулирующего действия было выявлено что: оптимальный расход Magnaflok 338 составляет 1,845 мг/л (5 г/т). Данный расход позволяет получить содержание твердого в осадке 57,15% при удельной площади осаждения 0,82 (м2*ч)/т. Исследование реагента Magnaflok 351 позволяет получить содержание твердого в осадке составляет 60,51% при удельной площади осаждения 1,01 (м2*ч)/т. Реагент Superflok Н 300 при расходе 1,845 мг/л (5 г/т) позволяет получить содержание твердого в осадке 56,99% при удельной площади осаждения 1,03 (м2*ч)/т. Оптимальный расход при использовании реагента ПАА составляет 7,38 мг/л (20 г/т). Данный расход позволяет получить содержание твердого в осадке 56,66% при удельной площади осаждения 0,9 (м2*ч)/т.

В ходе проведения работы было выявлено, что оптимальным реагентом для интенсификации процесса сгущения, окисленной золотосодержащей руды является Magnaflok 351 при расходе 1,845 мг/л (5 г/т). Данный расход реагента позволяет получить содержание твердого в осадке 60,51% при небольшой удельной площади осаждения.

Article metrics

Views:763
Downloads:4
Views
Total:
Views:763