Введение

Снижение себестоимости готовой продукции путем применения наиболее экономически выгодных процессов и технологий переработки и обогащения полезных ископаемых – одна из актуальных задач в горно-обогатительной промышленности. Одним из перспективных направлений является использование сухих технологий обогащения минерального сырья, так как данный способ производства концентрата имеет ряд существенных преимуществ.

Целью работы является проведение экспериментальных работ по предварительному сухому обогащению руд месторождения Аркачан для определения качества обогащения продуктов разделения, с выделением золота из концентрата и хвостов пневмосепарации методами гравитационного обогащения.

Пробы руды месторождения Аркачан по вещественному составу представляют собой кусковой рудный материал крупностью −150+40 мм, с прожилками кварц-карбонатного, кварц-карбонат-сульфидного, кварц-гетитового и кварц-лимонитового состава. 

Технология испытаний по сухому обогащению руд предусматривает обработку продуктов разделения для максимального выделения свободного золота из продуктов и корректного учёта при определении качественно-количественных показателей процессов разделения [1–3].

Технология предусматривает два взаимосвязанных процесса:

Базовая комплектация технологии предусматривает использование дробилки ДКД-3001 [7, 8] основанной на способе многократного ударного действия [9, 10] с производительностью до 15 т/ч, центробежной мельницы ЦМВУ-8002 производительностью до 6 т/ч и пневмосепаратора ПОС-2000 с производительностью до 6 т/ч.

Классическая мокрая гравитация проводилась по методике GRG-теста, предусматривающего последовательное раскрытие и извлечение золота по мере ступенчатого измельчения руды. GRG-тест состоит из трех последовательных стадий раскрытия минералов и трех стадий обогащения.

Для сравнительной характеристики двух технологий определялись и использовались оптимальные технологические параметры дробления на аппаратах дробления и измельчения, фракционные составы дробления и измельчения, раскрываемость минералов золота из рудной матрицы, результаты проведенных исследований по сухому обогащению измельченной фракции на пневмосепараторе ПОС-2000 с определением извлечения минералов золота пневмосепарацией, степени сокращения [11, 12]. Определение качества обогащения и продуктов разделения производилось по классам крупности. Дана технологическая оценка и обоснованы возможности применения сухого обогащения руды для получения золотых концентратов на предварительной стадии обогащения [13, 14].

1Матвеев А. И., Винокуров В. П., Григорьев А. Н., Монастырев А. М. Патент № 2111055 РФ. Дробилка комбинированного ударного действия. Опубликовано 20.05.1998.

2Матвеев А. И., Григорьев А. Н., Филиппов В. Е. Патент №2150323 7 В02 С 13/20. Центробежный измельчитель встречного удара. Институт горного дела Севера СО РАН. Опубликовано 10.06.2000; Матвеев А. И., Винокуров В. Р., Григорьев А. Н. Патент № 2746502 В02С 7/00. Вертикальный центробежный измельчитель. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук. Опубликовано 14.04.2021.

Общая методика проведённых исследований по обработке рудных проб

Экспериментальная обработка пробы проводилась комплексно с базовой последовательной обработкой рудной пробы массой не менее 500 кг. Небольшая часть исходной пробы оставлена для арбитражных исследований.

Испытания проводились по технологической схеме, предусматривающей последовательную переработку руды на дробилке ДКД-300, мельнице ЦМВУ-800 и пневмосепараторе ПОС-2000 (рис. 1).

Рис. 1. Технологическая схема обработки проб

Для проведения сквозных испытаний исходная проба после каждого цикла дробления разделялась методом грохочения на классы крупности +5 мм, −5+3 мм и −3+0 мм.

Классы крупности +5 мм, образующиеся в процессе дробления, подвергались последовательному стадиальному дроблению на дробилке ДКД-300, число циклов которых определялось достаточной степенью убыли массы классов +5 мм после последнего цикла дробления.

Продукты дробления классов крупности −5+3 мм и −3+1 мм измельчались на центробежной мельнице ЦМВУ-800. Продукты измельчения обогащались на пневмосепараторе ПОС-2000 с получением концентрата и хвостов. Для сквозных испытаний измельчение и пневмосепарация производились последовательно.

Концентраты пневмосепарации подвергались грохочению для разделения на два класса −1 мм и +1 мм. Далее образующиеся классы −1 мм концентрировались на столе СКО-0,5, затем на анализаторе Мозли для выделения свободного золота доводкой (магнитная сепарация и промывка в бромоформе). 

Класс крупности −3+0 мм, полученный после первичного дробления, также подвергался грохочению с выделением класса +1 мм, который направлялся на доизмельчение с пневмосепарацией. Продукты классификации классов крупности +1 мм и −1 мм подвергались пневмосепарации на ПОС-2000 с получением концентрата и хвостов.

Для выделения свободного золота из концентратов пневмосепарации использовались операции доводки на анализаторе Мозли, магнитной сепарации и промывки в бромоформе.

Все продукты дробления и измельчения подвергались гранулометрическому анализу с соответствующим отбором проб, а продукты разделения пневмосепарации, концентрационного стола, анализатора Мозли после полного извлечения частиц свободного золота анализировались пробирным или атомно-адсорбционным анализом на содержание остаточного золота.

По результатам проведённых исследований производился расчёт качественно-количественных показателей схемы обработки пробы. А качество разделения пневмосепарацией определялось после анализа продуктов обработки с учётом извлечённого количества свободного золота.

В завершающем этапе был проведен балансовый расчёт продуктов обработки по содержанию золота и извлечения по циклам обработки (дробление–измельчение–пневмосепарация) и в целом по обработке пробы.

Методика проведённого GRG-теста по оценке гравитационной обогатимости золотосодержащей руды

Проведено исследование исходной пробы руды по GRG-тесту для определения обогатимости золота рудных объектов на базе использования центробежного концентратора Кнельсон [15–17]. Технология GRG-теста основана на последовательном выводе раскрытого золота по стадиям измельчения, т.е. по мере их раскрытия, и исключает переизмельчение и истирание крупных частиц металла [18, 19]. GRG-тест предполагает проведение трех последовательных циклов раскрытия минералов и соответствующих трех циклов последующего обогащения [20, 21].

По GRG-тесту регламентируются уровни измельчения испытуемых материалов:

1-я стадия – до 100 % выхода класса крупности −1 мм;

2-я стадия – до 80 % выхода класса крупности −0,315 мм;

3-я стадия – 88 % выхода класса крупности −0,071 мм.

На первой стадии измельчения применялась дробилка активного удара ДАУ-250, техническая характеристика приведена в табл. 1.

Таблица 1

Техническая характеристика дробилки ДАУ-250

Первоначальная масса пробы, отобранной для теста, составляет 65 кг, которая измельчалась и обогащалась с получением концентрата и хвостов.

На вторую стадию поступали измельченные хвосты первой стадии, на третью – измельченные хвосты второй стадии, измельчение проводилось на лабораторной шаровой мельнице МШЛ-120. Общий вид шаровой лабораторной мельницы приведен на рис. 2, техническая характеристика приведена в табл. 2.

Рис. 2. Лабораторная шаровая мельница МШЛ-120

Таблица 2

Техническая характеристика МШЛ-120

Обогащение проводилось на центробежном концентраторе ИТОМАК-0,1 (рис. 3). Центробежный концентратор является российским аналогом концентратора Кнельсон, технологические характеристики являются сопоставимыми при равных условиях их эксплуатации. Технические характеристики ИТОМАК-0,1 приведены в табл. 3.

Схема проведения GRG-теста с использованием оборудования ДАУ-250, МШЛ-120, ИТОМАК-0,1 представлена на рис. 4.

Рис. 3. Центробежный концентратор ИТОМАК-0,1

Рис. 4. Схема проведения GRG-тест

Таблица 3

Техническая характеристика ИТОМАК-0,1

Результаты исследований технологических проб месторождения Аркачан по дроблению, измельчению и пневмосепарации

Согласно методике проведенных исследований тестируемая схема обработки проб представляет собой последовательные операции раскрытия золота стадиальным дроблением, измельчением и пневмосепарацией измельченных материалов класса −3 мм, осуществляемыми непосредственно в дробилке ДКД-300, в мельнице ЦМВУ-800 и в пневмосепараторе ПОС-2000.

Испытания проводились по технологической схеме, представленной на рис. 1, согласно общей методике, предусматривающей последовательное дробление руды на дробилке.

Всего в ходе обработки пробы провели три цикла дробления на дробилке ДКД-300 (табл. 4).

Таблица 4

Гранулометрические составы продуктов дробления на дробилке ДКД-300

Как видно из табл. 4, максимальная степень дробления по циклам составила 9,35.

Измельчение рудных проб производилось в центробежной ступенчатой мельнице ЦМВУ-800 по технологической схеме, представленной на рис. 1. Продукты дробления и грохочения классов крупности −5 + 3 мм и −3 + 1 мм (табл. 5, 6) являлись питанием измельчения. Все продукты измельчения подвергались пневмосепарации на пневмосепараторе ПОС-2000.

Таблица 5

Гранулометрические характеристики измельчения продуктов циклов дробления класса крупности −3+1 мм

Таблица 6

Гранулометрические характеристики измельчения продуктов циклов дробления класса крупности −5+3 мм

Как видно по полученным результатам (см. табл. 5), при измельчении классов крупности −3 + 1 мм минимальное значение степени измельчения (дробления) составило 2,01 и максимальное 2,17 мм. При измельчении более крупных классов −5 + 3 мм степень измельчения (дробления) колебалась от 3,05 до 3,59 мм (см. табл. 6), что существенно выше. Это связано с особенностью ударного измельчения в центробежных мельницах, где сказывается влияние массы разрушаемого куска. Чем массивнее и крупнее частица, тем больше энергия динамического воздействия при соударении частиц с рабочими органами мельницы, соответственно выше и степень измельчения.

Пневмосепаратор ПОС-2000 испытывался в двух режимах работы. Первый режим в последовательной совместной работе с центробежной мельницей ЦМВУ-800 и раздельная пневмосепарация отсевов грохочения продуктов обработки пробы класса −1 мм. Полученный концентрат пневмосепарации разделялся на два класса −1 и +1 мм. Класс крупности –1 мм обогащался на концентрационном столе СКО-0,5 для получения чернового концентрата. Концентрат стола далее обрабатывался на анализаторе Мозли до получения ультраконцентрата «золотой головки».

Содержание золота в классах крупности +1 мм и в хвостах пневмосепарации определялось пробирным анализом.

Во втором режиме работы, т.е. при пневмосепарации продуктов грохочения класса крупности −1 мм, полученный концентрат пневмосепарации также для анализа качества разделения обогащался на концентрационном столе СКО-0,5. Далее для выделения золотой головки концентрат обрабатывался на столе Мозли.

Результаты обогащения при трех разных производительностях пневмосепаратора после обработки продуктов сепарации концентрацией на СКО и на анализаторе Мозли с соответствующими результатами анализов содержания золота в продуктах разделения приведены в табл. 7.

Таблица 7

Результаты обогащения пневмосепарацией

Наибольшее извлечение золота – 35,25 % – наблюдается при наименьшей производительности – 1,8 т/ч (т.е. в наиболее спокойном варианте сепарации), однако рациональный уровень производительности в данном случае – 3 т/ч. Содержание золота в хвостах пневмосепарации во всех случаях выше, чем в концентрате, что свидетельствует о сносе тонкого и связанного золота в хвосты.

Результаты проведенного GRG-теста

GRG-тест проводился на исходной пробе руды массой 65 кг на центробежном концентраторе ИТОМАК-0,1 при следующих режимах: производительность по твердому осадку – 100 кг/ч; производительность по пульпе – 0,37 м3/ч; максимальный расход промывочной воды – 2,5 м3/ч.

Содержание твердого в пульпе, подаваемой на гравитационное обогащение, 25–30 %. Данный тест проводится в три стадии. На 1-й стадии руду массой 65 кг дробили на ударной дробилке ДАУ-250 до крупности 100 % класса −1,0 мм и дробленую руду пропускали через концентратор ИТОМАК-0,1. Далее хвосты первой стадии доизмельчали до крупности 80 % класса −0,315 мм и пропускали через концентратор ИТОМАК. На 3-й стадии хвосты 2-й стадии доизмельчали до крупности 88 % класса −0,071 мм. Во время процесса на всех стадиях из хвостов отбирали пробы для гранулометрического анализа. Из всех концентратов и хвостов гравитационного обогащения на центробежном концентраторе ИТОМАК отбирались пробы для определения грансостава, а также для пробирного анализа на содержание золота.

Исходная проба массой 65 кг изначально продроблена до крупности −1 мм. Для предварительного распределения золота по классам крупности произведён рассев по классам крупности на ситах с размерностью 0,63, 0,5, 0,315, 0,2, 0,1, 0,071 мм. Из каждого полученного класса крупности отобраны навески для пробирного анализа. По результатам анализа составлена таблица распределения золота по классам крупности (табл. 8). Из таблицы видно, что золото распределено по классам крупности неравномерно. Наибольшее содержание золота обнаружено в мелких классах крупности –0,2 мм, при этом наибольшая доля золота приходится на классы −0,2 + 0,1 мм и −0,071 мм – 27,35 и 23,46 % соответственно.

Таблица 8

Распределение золота по классам крупности в исходной пробе крупностью −1,0 мм

При обогащении данной пробы на центробежном концентраторе ИТОМАК получены концентрат массой 2,573 кг и хвосты массой 61,327 кг. Полученные продукты подверглись расситовке на классы крупности: −1 + 0,63 мм; −0,63 + 0,5 мм; −0,5 + 0,315 мм; −0,315 + 0,2 мм; −0,2 +0,1 мм; −0,1 + 0,071 мм; −0,071 мм. Материал из каждого класса подвергался пробирному анализу. Результаты анализов и распределение золота в первой стадии представлены в табл. 9.

Таблица 9

Результаты первой стадии GRG-теста

По данным табл. 9 видно, что в 1-й стадии гравитационного обогащения дробленой руды до крупности −1 мм высокие значения распределения золота находятся в концентрате в нижних классах крупности (−0,2 + 0,1 мм; −0,1 + 0,071 мм; −0,071 мм), при этом заметно перераспределение золота в данных классах с суммарной долей 83,72 % в классах – 0,2 мм. Что касается хвостов, то во всех классах крупности наблюдается примерно одинаковое содержание золота, но в крупных классах +0,315 мм содержание золота выше. Наибольшее содержание приходится на класс −0,315 + 0,2 мм – 8,8 г/т. Это может быть связано с наличием недораскрытого золота в данных классахкрупности.

Далее хвосты, полученные после 1-й стадии гравитации, доизмельчались в лабораторной шаровой мельнице (см. рис. 2) до 80 % класса крупности −0,315 мм и являлись питанием для 2-й стадии гравитации на ИТОМАКе.

Из данного продукта отобрана навеска весом 1000 г для расситовки и отбора для пробирного анализа на содержание золота. Результаты анализов и распределение золота представлены в табл. 10.

Таблица 10

Гранулометрический состав и содержание золота измельченных хвостов 1-й стадии гравитации на концентраторе ИТОМАК

Как видно по представленным в табл. 10 результатам, после измельчения хвостов 1-й стадии гравитационного обогащения до крупности 80 % класса −0,315 мм остаточное содержание золота в хвостах первой стадии концентрации перераспределяется равномерно по классам крупности. Содержание золота колеблется от 3,44 (класс −0,5+0,315 мм) до 6,66 г/т (для класса −0,1+0,071 мм). Наибольшее значение доли перераспределённого золота наблюдается для классов −0,2+0,1 и −0,071 мм – 26,19 и 25,79 % соответственно.

Измельченные хвосты направлялись на 2-ю стадию гравитационного обогащения на концентраторе ИТОМАК. С получением концентрата массой 2,210 кг и хвостов массой 57,117 кг. Полученные продукты подверглись гранулометрическому анализу по классам крупности: +0,315 мм; −0,315 + 0,2 мм; −0,2 + 0,1 мм; −0,1+0,071 мм; −0,071 мм. Анализ содержания золота проводился для каждого класса крупности каждого полученного продукта. Результаты представлены в табл. 11.

Таблица 11

Результаты второй стадии GRG-теста

По представленным в табл. 11 данным видно, что распределение золота в концентрате крупностью −0,071 мм составляет 38,33 %, при этом распределение золота в хвостах приходится на класс крупности −0,2 + 0,1 мм и составляет 30,98 %. Это связано с определённой упорностью руды по раскрытию золота, так же как в случае с дроблением руды до крупности −1 мм, измельчение до −0,315 мм не раскрыло значительную часть золота, присутствующего в руде.

Хвосты, полученные после 2-й стадии гравитации, измельчали на лабораторной шаровой мельнице до 88 % класса крупности −0,071 мм. Так же как и в случае с питанием 2-й гравитации на ИТОМАКе, измельченные хвосты являлись питанием 3-й гравитации на ИТОМАКе. От измельченных хвостов отбиралась проба массой 517 г и подвергалась гранулометрическому анализу. Для каждого полученного класса крупности проводился анализ содержания золота. Результаты представлены в табл. 12.

Таблица 12

Гранулометрический состав и содержание золота измельченных хвостов 2-й стадии гравитации на концентраторе ИТОМАК

Как видно из табл. 12, после измельчения хвостов 2-й стадии гравитационного обогащения до 88 % крупности −0,071 мм основная часть золота (89,27 %) переходит в класс крупности −0,071 мм.

Измельченные хвосты отправлялись на 3-ю стадию гравитационного обогащения на концентраторе ИТОМАК. Получен концентрат массой 1,479 кг и хвосты массой 55,121 кг. Анализ содержания золота проводился для каждого класса крупности каждого полученного продукта. Результаты представлены в табл. 13.

В табл. 14 представлены сводные результаты теста GRG по трем стадиям гравитации на ИТОМАКе.

Таблица 13

Результаты третьей стадии GRG-теста

Таблица 14

Сводная таблица результатов GRG-теста

По данным табл. 13 видно, что максимальное содержание золота в концентрате в классе крупности −0,071 мм, а минимальное значение содержания золота – в хвостах, при этом распределение золота в концентрате и в хвостах практически одинаковое, максимальное значение которого приходится на нижний класс −0,071 мм.

В целом качество исходной руды подтверждается проведённым тестом 8,44 г/т, что соответствует значению для данной пробы №1 (канава 500), полученному в результате сквозной обработки пробы.

Наиболее высокие показатели извлечения золота получены на 1-й стадии гравитационного обогащения (дробленой руды до класса крупности −1 мм), где в концентрат извлечено 40,20 % раскрытого свободного золота, причем 38,68 % из них представлено классом крупности −0,071 мм. Это указывает на то, что содержащееся в руде золото в основном представлено мелкими свободными частицами золота крупностью менее 71 мкм, что подтверждается результатами испытаний, представленными в табл. 9.

При измельчении хвостов 1-й стадии до 80 % крупностью −0,315 мм удалось дополнительно извлечь в концентрат 14,46 % раскрытого золота, которое в основном представлено также классом крупности −0,071 мм и составляет 38,33 % (см. табл. 11).

При измельчении хвостов 2-й стадии до 88 % крупности −0,071 мм доизвлечено в концентрат 20,88 % раскрытого золота, которое также в основном находится в классе крупности −0,071 мм и составляет 83,81 % (см. табл. 13).

Таким образом, результаты стандартного GRG-теста показали следующее: из руды, дробленой до крупности 100% класса −1 мм, в концентрат извлекается 38,57 % золота; из хвостов 1-й стадии после доизмельчения до 80 % класса −0,315 мм в концентрат извлекается 14,46 %.

Суммарное извлечение в гравитационный концентрат, полученный после первой и второй стадий измельчения, составило 53,03 %. Измельчение хвостов 2-й стадии гравитации до крупности 88 % класса −0,071 мм позволило дополнительно получить гравитационный концентрат 3, содержащий 70,28 г/т золота при извлечении 20,88 %. Суммарное извлечение золота в трех гравитационных концентратах (1 + 2 + 3) составило 73,91 %.

Обсуждение результатов испытаний

В предоставленных для исследования пробах руды месторождения Аркачан в результате обработки и балансовых расчётов уточнено содержание в пробе №1 (канава 500) – 7,95 г/т и №2 (канава 600) – 11,28 г/т.

Качество руды по содержанию золота в испытуемых пробах высокое, однако в отличие от данных геологического отчёта полидисперсность золота не подтверждается, т.е. речь идёт только о дисперсном золоте крупностью менее 100 мк или вкрапленном предположительно в пирите. Для данной руды существующая технология сухого обогащения является малоэффективной, так как применяемая технология сухого измельчения в ступенчатой центробежной мельнице не раскрывает такое дисперсное золото, а также процесс пневмосепарации в недостаточной степени обогащает, несмотря на то что наблюдается процесс раскрытия золота и перераспределение его в мелкие классы крупности.

Для детального изучения возможности пневматического сухого обогащения руды требуются более тщательные исследования после тонкого измельчения не на уровне валовых испытаний, а на уровне лабораторных исследований.

Обработка продуктов разделения гравитационными методами обогащения показывает возможность извлечения золота, для этого требуется высокая степень измельчения до 80 % крупностью −0,071 мм. Данное положение подтверждается ранее проведёнными исследованиями GRG-теста ЦНИГРИ.

Выводы

В результате проведения исследовательских работ по обработке рудных проб месторождения Аркачан на предмет использования технологии сухого обогащения с целью получения высококонцентрированных золотосодержащих продуктов предварительного разделения установлено, что:

– экспериментальными исследованиями и балансовыми расчётами определено содержание золота  в представленных пробах: в пробе №1 (канава 500) – 7,95 г/т и №2 (канава 600) – 11,28 г/т, при этом золото в пробах представлено в тонкодисперсном виде (менее 100 мк) и ассоциированное в минеральные формы, предположительно в пирите;

– исследования процесса дробления в ДКД-300 в цикличном режиме показывают достаточно высокий результат по степени дробления в исходной пробе руды: для пробы №1 (канава 500) в первом цикле – 9,35, во втором – 2,28, в третьем – 2,02; для пробы №2 (канава 600) значения степеней дробления 9,23, 2,89 и 2,16 в соответствующих циклах;

– исследования процесса измельчения в центробежной мельнице ЦМВУ-800 продуктов дробления −5 мм показали, что оно в целом эффективно для получения основной массы руды фракцией –1 мм в два цикла, суммарный выход контрольного класса крупности −0,071 мм для класса крупности −5 + 3 мм составляет 27,5 %, для класса крупности −3 + 1 мм – 16,2 %, что соответствует показателям общепринятого грубого измельчения;

– раскрываемость сростков золота подтверждается перераспределением и избирательной концентрацией его в классы –3 мм в процессах дробления со степенью концентрации – 1,51 для пробы №2 (канава 600) и для пробы №1 (канава 500) – 1,52, а также перераспределением золота в классы −0,071 мм в процессах измельчения и при проведении GRG-теста;

– обогащения золота пневматической сепарацией на ПОС-2000 из-за грубого измельчения на центробежной мельнице ЦМВУ-800 не происходит;

– проведённый GRG-тест показывает, что для более приемлемых условий гравитационного обогащения золота – до 73,91 % – необходима степень измельчения до 80 % класса −0,071 мм для получения гравитационного концентрата с содержанием 70,28 г/т золота;

– реализация сухого обогащения применительно к рудам месторождения Аркачан технологически неэффективна. Требуются дополнительные лабораторные исследования процессов пневмосепарации при высокой степени измельчения рудных материалов.