Устройство для извлечения золота из силикатно-карбонатного минерального материала Российский патент 2024 года по МПК C22B11/12 C22B1/02 C22B9/05 

Устройство относится к цветной металлургии, в частности к пирометаллургическим устройствам для извлечения золота из труднообогатимого минерального материала, а именно из силикатно-карбонатного минерального материала.

Известно устройство для продувки жидкого материала газом, содержащее вертикальную термостойкую емкость, выполненную с возможностью ее нагрева, расплавления и продувки сжатым газом в пузырьковом режиме, отверстиями определенного диаметра. (Патент РФ 63271. Продувочный блок из плотного огнеупора с вертикальными газопроводящими каналами капиллярной формы. Опубл. 27.05.2007).

Данная разработка относится к черной металлургии, в частности к устройствам для обработки в ковше жидкого металла газом.

Известно устройство для извлечения золота из золотосодержащего минерального материала, содержащее термостойкую емкость с возможностью нагрева и дозатор. (Патент RU №2413779. Способ извлечения дисперсного золота из золотосодержащего высокоглинистого минерального сырья. Опубл. 10.03.2011).

В данном устройстве необходимо использование источника облучения лазерным излучением. Работа данного устройства не обеспечивает укрупнение частиц золота при его небольшом содержании в руде. Обладает ограниченными технологическими возможностями.

Известны также устройства для извлечения золота из силикатно-карбонатных минеральных материалов, включающие вертикальную термостойкую емкость с цилиндрической горловиной, выполненную с возможностью нагрева, расплавления и продувки сжатым газом минерального материала, содержащую вставку с отверстиями определенного диаметра для продувки газом расплава до образования пузырей, шиберный затвор, перекрывающий выпускное отверстие горловины, донную часть, желоб и установленный в горловине ниже уровня расплава дозатор. (Патент РФ №161572. Устройство для обогащения золотосодержащего минерального материала. Опубл. 27.04.2016. Бюл. №12 и Патент РФ №173389. Устройство для обогащения золотосодержащего минерального материала. Опубл. 24.08.2017. Бюл. №24).

В патенте №161572 выпуск расплава с капельками золота происходит небольшими порциями, часть пузырей вместе с капельками золота дойдя до перекрытого дозатора, лопается, и капельки золота опускаются вниз в расплав, что отражается на пропускной способности установки.

В патенте №173389 наличие дозатора в виде наклонного желоба с отверстиями создают сопротивление, в результате чего некоторые газовые пузыри лопаются раньше, и капельки золота опускаются вниз в расплав, что отражается на извлечении золота.

Технической задачей предлагаемого решения является обеспечение уменьшения сопротивления на всем пути и беспрепятственного подъема растущих пузырей с каплями золота в термостойкой емкости и их перелива в кольцевой зазор, шириной в несколько раз больше диаметра этих пузырей, что повышает эффективность процесса улавливания частиц золота и повышает извлечение золота из минерального материала.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве, включающем вертикальную термостойкую емкость с цилиндрической горловиной, выполненную с возможностью нагрева, расплавления и продувки сжатым газом минерального материала, содержащую вставку с отверстиями определенного диаметра для продувки газом расплава до образования пузырей, шиберный затвор, перекрывающий выпускное отверстие горловины, донную часть, желоб и установленный в горловине ниже уровня расплава дозатор, дозатор выполнен в виде вертикального цилиндра с образованием кольцевого зазора между горловиной и цилиндром, нижняя часть кольцевого зазора снабжена донной частью с наклоном в сторону желоба, которая выполнена в виде кольцевой вставки и расположена ниже выпускного отверстия горловины, при этом ширина кольцевого зазора в несколько раз должна превышать диаметр образующихся пузырей.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства для извлечения золота из минеральных золотосодержащих материалов.

Устройство для извлечения золота из силикатно-карбонатных минеральных материалов включает вертикальную термостойкую емкость 1 с цилиндрической горловиной 2, выполненную с возможностью нагрева, расплавления и продувки газом золотосодержащего минерального материала. Цилиндрическая горловина 2 содержит желоб 3 с шиберным затвором 5 для слива обогащенного золотом расплава. Перекрытие 4 предназначено для герметизации верхней части горловины и для загрузки золотосодержащего материала. В горловину 2 емкости 1 вмонтирован вертикальный цилиндр 6 с образованием кольцевого зазора 7 между стенкой горловины и цилиндром 6. Нижняя часть кольцевого зазора 7 снабжена донной частью в виде кольцевой вставки 8, которая расположена на уровне выпускного отверстия 9 горловины. Донная часть кольцевой вставки 8 выполнена наклонной в сторону желоба 3. При этом ширина кольцевого зазора 7 должна в несколько раз (более трех раз) превышать диаметр d_п,, м, образующихся газовых пузырей. Верхний край 10 цилиндра 6 расположен ниже уровня поверхности 11 расплава горловины 2. Расстояние по высоте между поверхностью 11 расплава и верхнего края 10 цилиндра должно быть не менее трех максимальных диаметров газовых пузырей. Подача газа в расплав производится через отверстия 12 огнеупорной вставки 13.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом. Чтобы извлечь микродисперсные частицы золота известными методами обогащения, их необходимо укрупнить. Это возможно в процессе нагрева, плавления и продувки золотосодержащего материала. При температурах, превышающих температуру плавления золотосодержащего минерального материала 1300°С, на поверхностях образующегося расплава при его продувке сжатым газом наблюдаются выделения капелек золота. Поскольку золото не вступает в химические реакции, взаимодействие его атомов с ионами оксидного расплава будет небольшим, адгезия мала и угол смачивания больше 90 град. С точки зрения уменьшения свободной энергии, капелька золота меньше контактирует с оксидным расплавом и больше с газом, что реализуется при выделении капель золота на поверхности расплава. Механизм этого процесса - флотация капелек золота пузырьками газов. В процессе флотации идет коагуляция капелек золота. Большое влияние на процесс, протекающий в пузырьковом режиме, оказывает время нахождения отдельных пузырей в расплаве, которое, в свою очередь, зависит от вязкости расплава, высоты его слоя и размеров пузырей.

В материале золото находится в тонкодисперсном виде (крупность от долей до 10 мкм). При температурах, превышающих температуру плавления золотосодержащего минерального сырья (1300°С) и выдержке в течение 10 мин, на поверхности оксидного расплава (шлака) наблюдали шарообразные выделения золота размером от 1 до 500 мкм и более, которых не было в пробе исходной руды. Капли золота будут всплывать вместе с пузырьками газа, если: V_пρ_п>V_зρ_з, где V_п и V_з - объем пузырька и капли золота соответственно; ρ_п, ρ_з - плотности оксидного расплава (шлака) и золота. После расплавления и продувки газом минерального сырья капельки всплывают с пузырьками газов. Взаимодействие оксидного расплава с газом сопровождается формированием капель золота, которые, закрепляясь на пузырях, двигаются к поверхности оксидного расплава. На поверхности оксидного расплава капли золота сливаются и при достижении размера более 5⋅10^-3 м они «прорывают» поверхность и опускаются на дно. В случае столкновения капли с поднимающимися навстречу системами пузырь - капля они могут, как слиться с ними, так и обтекать их. При слиянии мелкие капли будут ассимилированы и подняты на поверхность. Сила отрыва капли от пузыря существенно превышает силу тяжести капель, поэтому система пузырь - капля металла стабильна при всех рассмотренных соотношениях их размеров. В этот период идет коагуляция. В результате происходит концентрирование золота на поверхности образующегося оксидного расплава-шлака.

В термостойкую емкость 1 загружается силикатно-карбонатный минеральный материал через открытое перекрытие 4. Количество минерального материала выбирается таким образом, чтобы уровень поверхности 11 образующегося обогащенного расплава в горловине 2 емкости 1 находился выше верхнего края 10 вертикального цилиндра 6. После закрытия этого перекрытия 4 в емкости 1 начинается процесс нагрева и расплавления золотосодержащего материала. Осуществляется продувка под давлением всего столба расплава газом через отверстия 12 определенного диаметра вставки 13. При движении вверх сквозь расплав шлака на своем пути поверхность каждого пузырька собирает на себе несколько золотосодержащих капелек. Эти капельки объединяются в крупные. Объем расплава увеличивается и поднимается до уровня 11, превышающего верхний край 10 вертикального цилиндра 6. Весь верхний слой расплава вместе с пузырями газа и каплями золота перетекает через край 10 цилиндра в кольцевой зазор 7. Пузыри лопаются, а обогащенный расплав выпускается через выпускное отверстие 9 по желобу 3 с шиберным затвором 5. Таким образом, большое влияние на процесс, протекающий в пузырьковом режиме, зависит от размеров пузырей. Средний диаметр образующихся пузырей d_п, м, определяется по уравнению:

где D - диаметр отверстий вставки для продувки газом расплава, м; σ - поверхностное натяжение, мДж/м²; ρ плотность расплава, кг/м³; V - расход газа, м³/с; g - ускорение свободного падения, м/с². (Шмонин Ю.Б. Пирометаллургическое обеднение шлаков цветной металлургии. М.: Металлургия, 1981. 132 с.; S. Ya. Davydov, A.M. Amdur, R.A. Apakashev, S.A. Fedorov. Formation of Slag Melt Technogenic Gold-Bearing Materials and Application of Refinement Tailings in the Construction Industry. Refractories and Industrial Ceramics Vol. 63, No. 2 Iuli, 2022. pag. 117-121). Плотность и поверхностное натяжение определяли методом лежащей капли, вязкость с помощью вибрационного вискозиметра. В случае очень малых капелек будет велико влияние поверхностного натяжения самой жидкости (будут формироваться сферические капли), а в случае больших капель начинают доминировать силы гравитации. В методе лежащей капли измеряется угол между твердой поверхностью и жидкостью в точке контакта трех фаз. Соотношение сил межфазного и поверхностного натяжения в точке контакта трех фаз может описываться уравнением Юнга (https://tirit.org/articles/surface_theory_sessile.php) Время нахождения пузырей в расплаве состоит из времени образования пузыря 0,15 с и времени его всплывания при высоте слоя 0,2 м составляет 0,49 с. Размер пузырей d_п составляет 5,3⋅10^-3 м.

Для уменьшения сопротивления на всем пути растущих пузырей с пузырьками золота ширина кольцевого зазора должна превышать в несколько раз диаметр образующихся пузырей. После слива и кристаллизации расплава наличие частиц золота в полученном материале фиксировали с помощью оптического микроскопа Axio Image.

На примере обогащения силикатно-карбонатных материалов, включающего нагрев измельченного материала крупностью 25-50 мм до расплавленного состояния эффективное укрупнение частиц золота происходит в жидком состоянии за счет коагуляции в процессе всплывания при продувке газом золотосодержащего расплава. Исследуемый шлак представляет собой однородную стекломассу темно-бурого цвета. В шлаке преобладают SiO₂, СаО и Al₂O₃, CaO/SiO₂=0,6 (таблица); отмечается повышенное содержание Cu, Zn, Pd и As. Исследование минерального состава с применением рентгеноструктурного анализа показало, что он состоит (мас. %): из стекла (40-50), кварца (10-15), окерманита (10-15), муллита (8-10), магнезита (3-5) и минералов на основе оксидов кальция и алюминия (5-6). При продувке расплава воздухом для флотации и укрупнения дисперсных капель золота сера, мышьяк и сурьма (как показал термодинамический анализ, проведенный с помощью пакета программ HSC Chemistry 9.0 на основе минерального состава) перейдут в газовую фазу (Распределение Cu, Pb, Zn и As между продуктами двухстадийного восстановительного обеднения высокомедистых шлаков / Н.К. Досмухамедов, А.Н. Федоров, Ε.Е. Жолдасбай // Цветные металлы. - 2019. - №7.- С. 30-35.)

Государственными стандартами и предприятиями - производителями цемента установлены нормативы по химическому составу шлака и критерии его качества. Модуль основности указывает на устойчивость шлака к известковому распаду, модуль активности отвечает за скорость затвердевания шлака в измельченном состоянии при взаимодействии с водой: чем выше модуль, тем быстрее шлак затвердевает. Исследуемый шлак не отвечает двум критериям качества: по коэффициенту качества по ГОСТ 3476-74 и коэффициенту основности по ГОСТ 31108-2003. По химическому составу (в том числе и по содержанию примесей) шлак соответствует предъявляемым требованиям. Чтобы шлак удовлетворял всем критериям, в исходную шихту следует добавить 12 мас. % СаО. Это снизит также вязкость расплава, что приведет к увеличению скорости коагуляции частиц золота.

Предлагаемая разработка обеспечивает уменьшение сопротивления на всем пути и беспрепятственный подъем растущих пузырей с каплями золота в термостойкой емкости и их перелив в кольцевой зазор, при этом его ширина должна быть в несколько раз больше диаметра этих пузырей. Весь верхний слой расплава с пузырями и каплями золота перетекает и собирается в вертикальный дозатор, что повышает эффективность процесса улавливания частиц золота и повышает извлечение золота из минерального материала.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект №18-29-24093 и в соответствии государственного задания на выполнение НИР для ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет» №075-03-2022-401 от 12.01.2022.

Изобретение относится к пирометаллургическим устройствам для извлечения дисперсного золота из труднообогатимого минерального материала, а именно из силикатно-карбонатных минеральных материалов. Устройство включает вертикальную термостойкую емкость с цилиндрической горловиной, выполненную с возможностью нагрева, расплавления и продувки сжатым газом минерального материала, содержащую вставку с отверстиями определенного диаметра для продувки газом расплава до образования пузырей, шиберный затвор, перекрывающий выпускное отверстие горловины, донную часть, желоб и установленный в горловине ниже уровня расплава дозатор. Дозатор выполнен в виде вертикального цилиндра с образованием кольцевого зазора между горловиной и цилиндром. Нижняя часть кольцевого зазора снабжена донной частью с наклоном в сторону желоба, которая выполнена в виде кольцевой вставки и расположена ниже выпускного отверстия горловины. При этом ширина кольцевого зазора более чем в три раза превышает диаметр образующихся пузырей. Устройство обеспечивает беспрепятственный подъем растущих пузырей с каплями золота в термостойкой емкости и их перелив в кольцевой зазор, повышает эффективность процесса улавливания частиц золота и повышает извлечение золота из минерального материала. 1 ил., 1 табл.

Устройство для извлечения золота из силикатно-карбонатного минерального материала, включающее вертикальную термостойкую емкость с цилиндрической горловиной, выполненную с возможностью нагрева, расплавления и продувки сжатым газом минерального материала, содержащую вставку с отверстиями определенного диаметра для продувки газом расплава до образования пузырей, шиберный затвор, перекрывающий выпускное отверстие горловины, донную часть, желоб и установленный в горловине ниже уровня расплава дозатор, отличающееся тем, что дозатор выполнен в виде вертикального цилиндра с образованием кольцевого зазора между горловиной и цилиндром, нижняя часть кольцевого зазора снабжена донной частью с наклоном в сторону желоба, которая выполнена в виде кольцевой вставки и расположена ниже выпускного отверстия горловины, при этом ширина кольцевого зазора более чем в три раза превышает диаметр образующихся пузырей.