Влияние способа измельчения руды на извлечение благородных металлов

Влияние способа измельчения руды на извлечение благородных металлов

Автор: , главный обогатитель компании «Новые технологии», доцент, к. г.н.

От редакции сайта:

Дробление и измельчение рудных минералов традиционными способами (конусные дробилки, щековые дробилки, стержневые и шаровые мельницы) обладает по сравнению с ударным разрушением значительно более низкой селективностью и более высокой степенью шламообразования, что чсто приводит к ухудшению параметров дальнейшего обогащения руд. Создание надежных и высокопроизводительных центробежно-ударных дробилок и мельницы позволит эффективно использовать это оборудование в рудоподготовке.

Содержание:

1.Явление наклепа золота при измельчении руды в шаровых мельницах

2.Щадящие условия при измельчении руды в центробежных мельницах

3.Пример: работа центробежно-ударной дробилки на ЗИФ «Барун-Холба»

4.Пример: НИР по эффективности применения центробежно-ударного измельчения на руде Грачевского месторождения.

1.Явление наклепа золота при измельчении руды в шаровых мельницах

Из многолетнего коллективного опыта обогатителей, работающих на переработке золотосодержащих руд, хорошо известно свойство золота "натираться" на рабочие органы дробилок и мельниц, работающих по принципу раздавливания зерен, в первую очередь - на шары шаровых мельниц. Это золото при дальнейшей работе измельчительной техники частично переносится на породные (вмещающие) минералы руды, частично отделяется и теряется в форме свободных зерен микронных размеров, а также частично, оставаясь приклепанным к металлу рабочих органов мельниц, по мере их износа переходит в скрап.

Точно также ведет себя основная масса минералов серебра (серебро, электрум и сульфиды серебра). Поскольку минералы серебра в массе своей имеют твердость меньше, чем золото, явление "размазывания" серебра выражено еще резче. "Размазанное" золото и серебро оказывается недоступным для прямого извлечения методами гравитации и флотации. Частично это золото можно извлечь вместе со скрапом, если применить магнитную сепарацию хвостов гравитации и флотации. Анализы магнитного скрапа, полученного при переработке золотосодержащей руды, постоянно показывают содержание в нем золота, измеряемое килограммами на тонну.

Явление наклепа на шары и другие рабочие органы дробильно-измельчительной техники известно также и для минералов платиновой группы (МПГ), которые характеризуются некоторой ковкостью. Поскольку минералы-платиноиды, как правило, тверже золота, явление наклепа проявлено не так сильно, как у золота, и на него обычно не обращают внимание. Тем не менее, это явление реально существует. В литературе встречались сообщения, что металл поверхностного слоя шаров на глубину до 2 мм после измельчения руды в шаровой мельнице имел заметные содержания платиноидов, присутствующих в измельчаемой руде.

При тонком измельчении руды из-за размазывания потери золота в хвостах могут достигать 10 и серебра 15-20%. Для платиноидов цифры потерь из-за их "размазывания" в литературе не встречаются. По косвенным признакам их можно оценить в первые проценты.

Справедливости ради нужно отметить, что "размазывание" зерен ковких минералов, как и их расплющивание, при цианидном и любом другом способе выщелачивании золота и серебра непосредственно из измельченной руды без ее обогащения играет положительную роль, увеличивая полноту извлечения металлов и сокращая необходимую длительность процесса.

Традиционно, как правило, золото - и серебросодержащие руды после тонкого измельчения в шаровых мельницах обогащаются методами гравитации и флотации. При таком способе переработки руды явление наклепа и "размазывания" выступает как исключительно вредный фактор, обуславливающий значительные потери металлов в хвостах. Попытки увеличить тонину помола для лучшего раскрытия зерен металлов приводят к еще большему их размазыванию. В результате этого, после достижения некоторой минимальной крупности зерен попытки увеличить извлечение золота за счет более тонкого измельчения руды не дают положительного результата.

2.Щадящие условия при измельчении руды в центробежных мельницах

Механика разрушения зерен руды в центробежно-ударных мельницах совсем

другая по сравнению с шаровыми и стержневыми мельницами. При свободном ударе кусков руды друг о друга или о преграду практически не возникают условия для расплющивания ковких минералов или для их наклепа на рабочие органы дробилки-мельницы. Отсутствие наклепа золота при центробежно-ударном измельчении создает заведомо лучшие условия для более полного извлечения благородных металлов гравитационными и флотационными методами, чем в случае шарового измельчения при одинаковой тонине помола.

Измельчение руды методом свободного удара имеет еще одно важное преимущество перед шаровым, поскольку обеспечивает лучшие условия для раскрытия зерен тяжелых минералов, каковыми являются практически все минералы благородных металлов, в первую очередь золота и платиноидов. По этой причине высвобождение золота от срастаний с жильными и породными минералами происходит раньше, при большей крупности зерен измельчаемой руды, чем при шаровом измельчении. Для обеспечения достаточно полного раскрытия зерен золота и высвобождения их от срастаний с жильными минералами не требуется такое тонкое измельчение, как при использовании шаровых мельниц.

3.Пример: работа центробежно-ударной дробилки на ЗИФ «Барун-Холба»

Для иллюстрации можно сравнить результаты работы золотоизвлекательной фабрики (ЗИФ) на месторождении Барун-Холба с результатами обогащения лабораторных проб после центробежно-ударного измельчения (собственные исследования компании «Новые технологии»).

Рудная минерализация на месторождении приурочена к кварцевым жилам и зонам прожилкования, которые залегают в кристаллических сланцах с минеральным составом, соответствующим диориту. Золото средней крупности, ассоциирует с сульфидами, которые представлены, главным образом, пиритом, а также небольшим количеством, галенита, сфалерита и халькопирита. Массовое содержание сульфидов в руде 1-3%.

На ЗИФ Барун-Холба используется стандартная рудоподготовка, завершающаяся измельчением руды в шаровой мельнице, работающей в цикле со спиральным классификатором. Конечная крупность измельчения руды -0,074 мм (90%). Стандартная схема обогащения включает отсадочную машину, винтовой сепаратор, гидроциклоны и концентрационные столы. При выходе концентрата 5-7% извлечение золота составляет 77-80%.

На фабрике периодически работала модульная обогатительная установка производства компании «Новые технологии», состоящая из трех центробежных концентраторов с плавающей постелью ЦКПП-300, которая использовалась для доизвлечения золота из хвостов основной схемы обогащения. При работе этой установки извлечение золота в концентрат повышалось на 4-6% и составляло 80-85%.

Пробы руды месторождения Барун-Холба обрабатывались в лаборатории компании «Новые технологии» по другой схеме. Руда до крупности -20 мм дробилась в щековой дробилке, а далее до конечной крупности дробление и измельчение осуществлялось всухую в центробежно-ударной дробилке-мельнице Титан Д-040 с диаметром ротора 360 мм. Обогащение проб проводилось на каскаде из двух центробежных концентраторов ЦКПП-120.

Руда в четырех лабораторных пробах измельчалась до разной крупности -0,32; -0,25; -0,20 и -0,16 мм (95%). Результаты обогащения этих проб приведены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты обогащения проб руды месторождения Барун-Холба после измельчения на лабораторной дробилке-мельнице Титан Д-040

№ пробы	Крупность измельчения, мм	Продукт	Содержание Au, г/т	Выход продукта, %	Извлечение Au, %
БХ-411.5	-0,32	концентрат	169	3,43	82,38
хвосты	1,28	96,57	17,62
исходная руда	7,02	100,00	100,00
БХ-411.6	-0,25	концентрат	170	3,10	88,28
хвосты	0,72	96,90	11,72
исходная руда	5,96	100,00	100,00
БХ-411.7	-0,20	концентрат	157	3,67	89,92
хвосты	0,67	96,33	10,08
исходная руда	6,41	100,00	100,00
БХ-411.8	-0,16	концентрат	199	3,01	92,53
хвосты	0,50	96,99	7,37
исходная руда	6,49	100,00	100,00

Как видно из табл. 4, уже после измельчения до крупности -0,32 мм извлечение золота в концентрат (82,4%) оказывается равным извлечению, которое достигается на фабрике после шарового измельчения до -0,074 мм. Выход концентрата в этой пробе (БХ-411.5) составляет 3,4%, что практически в 2 раза меньше, чем на фабрике, соответственно содержание золота в концентрате выше, чем в получаемом на фабрике, в 2-2,5 раза.

Последовательное уменьшение крупности центробежно-ударного измельчения руды в пробах до -0,25; -0,20 и -0,16 мм способствует дальнейшему увеличению извлечения золота, которое составляет соответственно 88,3, 90,0 и 92,5% при сохранении выхода концентрата на том же уровне (3,0-3,7%).

Показательным является то обстоятельство, что уже при крупности центробежно-ударного измельчения руды до -0,16 мм (проба БХ-411.8), а это в 2 раза крупнее, чем осуществляется на обогатительной фабрике, извлечение золота в гравитационный концентрат оказывается на 10% выше достигаемого извлечения после шарового измельчения. Хвосты обогащения оказываются достаточно "чистыми", содержание в них золота составляет всего 0,50 г/т.

Полученные результаты проведенных опытов с несомненностью показывают два преимущества центробежно-ударного измельчения руды по сравнению с традиционным шаровым измельчением:

1).Крупность руды, подаваемой на обогащение после измельчения по методу свободного удара, для обеспечения оптимального раскрытия зерен золота может быть в 2 раза больше, чем при шаровом измельчении. Это обстоятельство позволяет существенно снизить затраты на измельчение руды, увеличить производительность всех обогатительных аппаратов на 20-30%, а также снизить затраты на сгущение хвостовой пульпы и увеличить скорость процесса сгущения.

2).При измельчении руды свободным ударом резко снижается "размазывание" золота, что обеспечивает увеличение его извлечения в гравитационный или флотационный концентрат на величину до 10%.

Не смотря на изложенные преимущества центробежно-ударного измельчения руды, в промышленности эта технология пока не применяется по нескольким причинам, главные из которых следующие:

1).Необходимо использовать "сухой" процесс. Руда в забое не всегда имеет влажность ниже предельно допустимой для сухого дробления-измельчения, а во время дождей и снегопадов руда наращивает влажность до заведомо неприемлемого уровня. При дроблении и измельчении руда частично подсыхает и снижает влажность примерно на 1%, но этого бывает недостаточно при высокой избыточной влажности поступающей на переработку руды. Мокрое центробежно-ударное измельчение руды в принципе возможно, но не реально, поскольку резко снижается эффективность измельчения, особенно при попытке получения зерна максимальной крупностью менее 0,5 мм.

2).Сухая классификация измельченной руды для выделения готового продукта представляется плохо освоенным процессом. Гравитационно-каскадные и воздушно-центробежные классификаторы, которые позволяют вести хотя и не строгое, но достаточное для большинства случаев разделение руды по крупности зерен, при относительно небольшой массе имеют значительные габариты, что не внушает оптимизма потенциальным потребителям.

3).При сухом измельчении сложной и затратной является сухая аспирация. Перспективным является использование мокрого пылеподавления, что не усложняет, а напротив, упрощает применение сухой классификации.

Представляется, что сложности с применением сухого центробежно-ударного измельчения руды на много уступают положительному эффекту, достигаемому за счет увеличения извлечения золота и за счет снижения затрат на измельчение при повышенной крупности руды, подаваемой на обогащение. Отсутствие фабрик, работающих на сухом измельчении руды по принципу свободного удара, представляется явлением временным. Особенно для России с ее суровым климатом и высокими затратами на поддержание воды в жидком состоянии в холодное время года.

За рубежом все шире начинает применяться сухая переработка руды, которая включает не только сухое измельчение, но и сухое обогащение. В данной работе мы не касаемся проблем сухого обогащения, это уже другая тема. Но можно заметить, что сухое обогащение логично сочетается с сухим измельчением. При сухом обогащении несколько снижается извлечение золота. Этот "негатив" частично или даже полностью компенсируется отсутствием необходимости поиска и использования хвостохранилищ или отсутствием необходимости сгущения хвостовой пульпы. Центробежно-ударное измельчение руды в случае применении сухого обогащения представляется практически безальтернативным. Особенно актуальна эта технология в районах с дефицитом воды (например, Средняя Азия и отдельные района Африки).

4.Пример: НИР по эффективности применения центробежно-ударного измельчения на руде Грачевского месторождения.

Для дополнительной иллюстрации показанных преимуществ центробежно-ударного измельчения можно привести результаты обработки лабораторных проб золотоносной руды Грачевского месторождения (собственные исследования компании «Новы технологии»).

Руда месторождения представляет собой темно-серые до черных углистые кристаллические сланцы преимущественно кварц-серицитового состава, в которых заключены мелкие неправильные прожилки, линзы и гнезда кварца и пирита с небольшим количеством сидерита и анкерита, а также отдельные хорошо образованные кристаллы пирита размером от 0,1 до 5 мм. Пирита в руде около 3% по массе, жильного кварца около 2%. В составе кварц-сульфидных прожилков, кроме пирита, встречаются и другие сульфиды, масса которых в сумме не превышает 1% от массы пирита. Среди них отмечены пирротин, халькопирит, сфалерит, галенит и минералы серебра.

Золото в руде тесно ассоциирует с пиритом. Существенная часть золота приурочена к контактам кристаллов пирита с кварцем. Другая существенная часть образует рассеянную вкрапленность внутри кристаллов пирита. И только незначительная часть золота (до 5%) преимущественно в форме микроскопических зерен заключена в кварце и других жильных минералах вблизи кристаллов пирита. Вмещающая порода, в которой нет пирита, не содержит и золота. Размер зерен золота изменяется в пределах 0,01-1 мм, преобладает золото крупностью 0,05-0,2 мм.

Для проведения исследований руда технологической пробы грачевской руды Гр-2 массой около 120 кг была раздроблена на щековой дробилке до крупности -20 мм, после чего была расквартована на 6 частных проб массой по 19-20 кг.

Рудоподготовка трех частных проб осуществлялась с использованием стандартного оборудования: дробление до крупности -2 мм на щековой дробилке и измельчение до конечной крупности - на валковой дробилке. Обжатие валков регулировалось таким образом, чтобы за один пропуск в готовый (подрешетный) продукт проходило 50-60% материала, соответственно измельчение было выполнено за несколько циклов. Такая методика использовалась для того, чтобы не вызывать искусственного переизмельчения материала проб. Фракционный состав материала подготовленных таким образом проб приведен в таблице 5.

Для дробления-измельчения трех других частных проб использовалась дробилка Титан Д-040 центробежно-ударного действия с диаметром ротора (ускорителя) 360 мм. В дробилку подавалась руда непосредственно исходной крупности (-20 мм). После каждого пропуска из полученного продукта на соответствующем сите отделялась руда конечной крупности, а надрешетный продукт снова направлялся в дробилку.

По одной пробе в каждой серии были измельчены до крупности 1,0; 0,5 и 0,25 мм.

В центробежно-ударной дробилке измельчение проб до крупности 1,0 и 0,5 мм осуществлялось на окружной скорости 50 м/с, а до крупности 0,25 мм - на скорости 60 м/с.

Полученный фракционный состав руды в пробах приведен в таблице 6.

Таблица 5

Фракционный состав материала проб после валкового измельчения

Фракции крупности, мм	Крупность измельчения, мм (95%)
-1,0 мм	-0,5 мм	-0,25 мм
Выход фракций, %	Сумма по плюсу, %	Выход фракций, %	Сумма по плюсу, %	Выход фракций, %	Сумма по плюсу, %
+1,0	5,69	5,69	0,36	0,36	0,04	0,04
+0,5	28,92	34,61	4,62	4,98	0,94	0,98
+0,25	24,29	58,90	34,93	39,91	4,70	5,68
+0,125	9,45	68,35	15,09	55,00	23,06	28,74
+0,063	8,08	76,43	11,53	66,53	19,80	48,54
-0,063	23,57	100,00	33,47	100,00	51,46	100,00
Средневзвешенная крупность, мм	0,425	0,219	0,101

Таблица 6

Фракционный состав материала проб после центробежно-ударного измельчения

Фракции крупности, мм	Крупность измельчения, мм (95%)
-1,0 мм	-0,5 мм	-0,25 мм
Выход фракций, %	Сумма по плюсу, %	Выход фракций, %	Сумма по плюсу, %	Выход фракций, %	Сумма по плюсу, %
+1,0	2,08	2,08	0,80	0,80	0,36	0,36
+0,5	33,93	36,01	2,57	3,37	3,63	3,99
+0,25	24,70	60,71	41,95	45,32	14,28	18,27
+0,125	11,14	71,85	16,80	62,12	31,21	49,48
+0,063	7,89	79,74	11,22	73,34	15,66	65,14
-0,063	20,26	100,00	26,66	100,00	34,86	100,00
Средневзвешенная крупность, мм	0,413	0,239	0,171

Были приготовлены 2 серии идентичных проб по 3 пробы в каждой серии. Пробы в сериях измельчались до одних и тех же крупностей с использованием одних и тех же сит. Различия между сериями заключались только в использовании разной измельчительной техники, что в первую очередь отразилось на фракционном составе приготовленных для обогащения проб.

Как видно из приведенных таблиц 5 и 6, при центробежно-ударном измельчении во всех трех пробах получен меньший выход самых тонких фракций (-0,063 мм) по сравнению с валковым измельчением. Различия в выходе тонких фракций нарастают в сторону более тонкого измельчения. При номинальной крупности материала проб в -0,5 и -0,25 мм выход фракции -0,063 мм после центробежно-ударного измельчения оказался соответственно в 1,26 и 1,48 раза меньше, чем после валкового измельчения. Соответственно средневзвешенная крупность материала проб после центробежно-ударного измельчения получилась в 1,09 и 1,69 раза больше, чем после валкового измельчения.

Относительно низкий выход тонких фракций (-0,063 мм), как и более высокая средняя крупность материала проб, имеющие место после центробежно-ударного измельчения руды, казалось бы, должны указывать на относительно слабое раскрытие зерен полезных минералов по сравнению с пробами после шарового измельчения. Однако последующие опыты по обогащению подготовленных проб показали совсем другой результат.

Обогащение всех проб в двух сериях осуществлялось совершенно одинаково. Каждая проба пропускалась через каскад из двух концентраторов с плавающей постелью ЦКПП-120 при одном и том же обжатии конуса и при одних и тех же параметрах подачи пульпы, чтобы исключить влияние посторонний факторов на извлечение золота. После одного акта обогащения хвосты Х2 части проб были пропущены второй раз через тот же каскад из двух концентраторов ЦКПП-120. Таким образом, в каждой пробе были получены по 2 или по 4 концентрата. Все концентраты (К1, К2, К3 и К4) взвешивались и анализировались раздельно, что позволило проследить динамику извлечения золота в последовательные концентраты и ее зависимость от способа измельчения и конечной крупности материала пробы.

Полученные результаты обогащения приведены в таблице 7. Результаты обогащения отражены последовательно по результатам пропуска проб сначала через один концентратор ЦКПП-120 (по концентрату К1), далее по сумме двух концентратов (К1+К2), трех концентратов (К1+К2+К3) и четырех концентратов (К1+К2+К3+К4). Последующее минералогическое изучение концентратов показало, что практически все свободное золото (96-98%) и часть золотоносного пирита были извлечены в первый концентрат. В последующие концентраты извлекались свободные зерна пирита и, частично, сростки пирита с жильными и породными минералами.

Таблица 7. Результаты обогащения проб, измельченных до разной крупности на валках и в центробежно-ударной дробилке

Количество пропусков через ЦКПП-120	Измельчение, мм(95%)	Содержание Au в концентрате, г/т	Выход концентрата, %	Извлечение Au в концентрат, %
Способ измельчения	Способ измельчения	Способ измельчения
На валках	В ЦД	На валках	В ЦД	На валках	В ЦД
1	-1,0 -0,5 -0,25	61,6 47,3 82,6	87,1 108,1 110,4	2,56 2,71 2,72	2,89 2,65 2,73	45,41 48,41 67,23	61,19 74,50 77,46
2	-1,0 -0,5 -0,25	40,1 35,2 52,2	54,0 61,3 62,4	5,01 5,30 5,34	5,59 5,21 5,38	58,20 69,97 83,44	73,20 83,03 86,30
3	-1,0 -0,5 -0,25	33,1	42,3 49,6 50,5	6,42	8,11 7,20 7,23	79,62	83,2 92,92 93,93
4	-1,0 -0,5 -0,25	28,7	33,7 38,4 40,0	7,66	10,59 9,46 9,25	82,35	86,67 94,47 95,33

Как видно из табл. 7, основные показатели обогащения - содержание золота в концентрате и извлечение золота в концентрат - оказались различными при разных способах измельчения при практически одинаковом выходе концентрата. Лучшие результаты получились в пробах, которые измельчались по методу свободного удара в центробежно-ударной дробилке Титан Д-040. В данном случае дробилка в цикле с ручным ситованием материала проб выступала в качестве мельницы.

Аппаратами ЦКПП-120 в 4 концентрата извлекается не только все раскрытое золото, но и почти весь пирит, высвобожденный от срастаний с жильными и породными минералами. Соответственно извлечение золота в 4 концентрата ЦКПП показывает полноту раскрытия полезных минералов. При измельчении проб до -0,5 мм извлечение золота в концентрат после валков составило 82,35%, а после Титана Д-040 - 94,47%, то есть на 12,1% больше. Измельчение грачевской руды на Титане Д-040 до -0,5 мм можно считать достаточным для гравитационного обогащения. На этот вывод указывает и тот факт, что после дополнительного измельчения проб на Титане Д-040 до крупности -0,25 мм извлечение золота в 4 концентрата, а значит и раскрытие полезных минералов, увеличились всего лишь на 0,86%.

Измельчение грачевской руды на валках, соответственно - и в шаровой мельнице, до крупности -0,5 мм является явно недостаточным для относительно полного раскрытия полезных минералов. В описанных опытах не ставилась задача определить, какое измельчение на валках, соответственно, и в шаровой мельнице было бы достаточным для приемлемого раскрытия минералов золота. Сторонними исследованиями обогатимости руды этого месторождения неоднократно установлено, что руду нужно измельчать, как минимум, до -0,125 или -0,1 мм, но лучше - до -0,074 мм. В среднем по многим сторонним исследованиям можно принять, что минимально необходимой при шаровом измельчении для гравитационно-флотационного обогащения является крупность -0,1 мм.

Таким образом, устанавливается, что при центробежно-ударном измельчении руды Грачевского месторождения минимально необходимая крупность в 5 раз больше, чем при шаровом измельчении. Такое существенное различие в необходимой тонине помола руды позволит в случае использования сухого центробежно-ударного измельчения экономить значительное количество энергии. Вторым весьма важным положительным эффектом применения центробежно-ударного измельчения будет увеличение извлечения золота в концентрат на 10-12%.

Попутно устанавливается, что при центробежно-ударном измельчении грачевской руды нет жесткой необходимости применять флотацию, поскольку высокое (до 90-95%) извлечение золота может быть достигнуто при использовании только экологически чистых гравитационных методов обогащения.