способ обогащения руд естественных кристаллов

Формула изобретения

СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ РУД ЕСТЕСТВЕННЫХ КРИСТАЛЛОВ путем стадийного дезинтегрирования кускообразной рудной массы с одновременным разделением на фракции исходного продукта и извлечения кристаллов из полученного концентрата, отличающийся тем, что дезинтеграцию кусков рудной массы и отделение кристаллов от пустой породы производят путем селективного послойного разрушения вмещающей породы, окружающей кристалл, в среде упругих вращающихся нитей в виде щеток преимущественно из металлической проволоки, твердость которых ниже твердости кристаллов и выше твердости вмещающей породы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам обогащения руд естественных кристаллов, в которых кристаллосодержащие вмещающие породы обладают по сравнению с самими кристаллами пониженными прочностными свойствами. Оно может быть использовано, например, при добыче бериллов, гранатов, рубинов, алмазов и т.п. из кускообразной рудной массы.

Большинство естественных кристаллов образуются в породах, которые по своим физико-механическим свойствам, в частности по твердости и прочности, значительно уступают свойствам самих кристаллов. Эту особенность можно отнести ко многим кристаллосодержащим породам, а именно кристаллы бериллов заключены в слюдитах, кристаллы хризобериллов в трепелах, кристаллы гранатов в мраморах, известняках, мраморизованных известняках, кристаллы алмазов в кимберлитовой породе, часто выветрелой и др. Например, слюдиты, в которых заключены кристаллы бериллов (изумруды, аквамарины), это пластичная, рассланцованная, легкоразрушающаяся горная порода, залегающая в виде жильных тел. В общем случае, как правило, на обогатительную фабрику поступает руда естественных кристаллов в виде кускообразной горной массы, разубоженная скальными породами и различными включениями в самой руде достаточно крепкими и твердыми.

Аналогом предлагаемого способа является промывка полезного ископаемого, совмещенная с грохочением. Промывка широко применяется при обогащении руд черных металлов (железистых, марганцевых), песков россыпных месторождений редких и благородных металлов, строительного сырья, каолинового сырья, фосфатов, содержащих глинистый материал, цементирующий руду или песок. При проведении промывки осуществляется процесс дезинтеграции (разрыхления, диспергирования) глинистого материала с одновременным отделением его от рудных частиц с помощью воды и соответствующих механизмов, например, в скрубере, в наклонной корытной мойке с вращающимися на валах лопастями и др. В процессе промывки глинистых руд и песков происходит частичное обогащение материала за счет удаления в слив (отвал) глины, содержание полезного компонента в которой обычно меньше, чем в мытом продукте. В тех же случаях, когда промывку совмещают с грохочением материалов, удаляют при этом крупные классы (более 30-60 мм), часто не содержащих полезного компонента, степень обогащения руды становится заметной и достигает 2-3 [1]

Аналогичным способом обогащают руды естественных кристаллов берилла и граната. На обогатительную фабрику поступает кристаллосодержащая порода, разубоженная скальными породами в виде кусков с линейным размером от 400 м и менее. Обогащение руды производится путем стадийной дезинтеграции исходного материала, например, щековыми дробилками, затем в скрубере, с одновременным грохочением продукта. Измельченная обогащенная руда подвергается визуальному осмотру и отбору из нее кондиционных кристаллов на конвейерах большой протяженности, в ряде случаев до 1 км.

Прототипом предлагаемого технического решения является известный способ обогащения алмазосодержащих руд кимберлитовой брекчии при добыче естественных кристаллов алмаза [2]

Обогащение кимберлитовой брекчии по известному способу предусматривает следующие операции:

дезинтеграцию исходного материала с целью обособления алмазов и других наиболее плотных и твердых включений относительно мягкого цемента (при условии сохранения алмазов);

классификацию и разделение полученных твердых компонентов на фракции, в одной из которых, значительно меньшей по объему, должны концентрироваться алмазы;

извлечение кристаллов алмаза из полученного концентрата.

Дезинтеграция алмазосодержащей руды, состоящей из кимберлитовой брекчии в производстве производится стадийно различными измельчающими устройствами: щековыми дробилками, валковыми дробилками, барабанными шаровыми и стержневыми мельницами. При этом дезинтеграция руды сопровождается последующим ее грохочением. В дальнейшем тонко измельченная руда до 1-2 мм подвергается дополнительно гидроклассификации, магнитной сепарации, электросепарации, рентгенолюминисцентной сепарации, сепарации на липких поверхностях и т.п. Последние операции выполняются для конечной обработки концентрата (доводки) и применимы лишь в силу малых размеров кондиционных алмазов. Крупные же кристаллы алмазов извлекаются, как правило, вручную.

Недостатками известных способов и способа-прототипа являются большие потери конечного продукта естественных кристаллов и существенное снижение его качества. Это особенно характерно для добычи кристаллов бериллов, хризобериллов, гранатов, рубинов и многих других естественных кристаллов, кондиционные размеры которых значительно больше размеров кристаллов алмаза, а прочностные свойства ниже последних. При данных способах дезинтеграция рудной массы производится в режиме увеличенных ударных и сжимающих (раздавливающих) нагрузок на куски руды. Такие нагрузки присущи всем известным способам обогащения кристаллосодержащих руд, использующих щековые и валковые дробилки, скруберы, шаровые и стержневые барабанные мельницы. В результате дезинтегрирования рудной массы данными механизмами конечный продукт кристаллы интенсивно дробятся и растрескиваются. По этой причине на обогатительных фабриках в настоящее время извлекаемость кондиционных кристаллов из редкой дорогостоящей руды, добываемой в основном шахтным методом, на практике составляет всего лишь несколько процентов от количества находящихся в руде кристаллов. Следует отметить, что к классам бериллов и гранатов относятся многие драгоценные камни: изумруды, аквамарины, хризобериллы, альмандины, уваровиты и др. ценность которых во многом зависит от наличия в них механических дефектов (трещин, сколов, царапин и т.п.), многократно снижающих ценность добываемых естественных кристаллов и приводят к невосполнимым многократным потерям запасов их сырья в земных недрах и существенным материальным потерям из-за низкого выхода и качества конечного продукта. Данные недостатки могут быть отнесены в основном к обогащению кристаллосодержащих руд бериллов, хризобериллов, гранатов, алмазов и других кристаллосодержащих руд, схожих с вышеуказанными по физико-механическими свойствам составляющих их компонентов.

Задачей изобретения является увеличение выхода конечного продукта естественных кристаллов и улучшение его качества за счет существенного совершенствования одних из основных операций обогащения кристаллосодержащих руд, дезинтеграции руды и отделении кристаллов от пустой породы.

Это достигается тем, что в известном способе обогащения руд естественных кристаллов путем стадийного дезинтегрирования кускообразной рудной массы с одновременным разделением на фракции исходного продукта и извлечения кристаллов из полученного концентрата, дезинтеграцию кусков рудной массы и отделение кристаллов от пустой породы производят путем селективного послойного поверхностного разрушения менее прочных компонентов руды, т.е. вмещающей породы, окружающей кристаллы, в среде упругих вращающихся нитей в виде щеток, например, из металлической проволоки, твердость которых ниже твердости кристаллов и выше твердости вмещающей породы.

Предлагаемый способ позволяет в процессе дезинтеграции рудной массы и отделения кристаллов от пустой породы, в отличие от известных способов, избежать сжимающих и ударных нагрузок, так как упругие нити вращающихся щеток имеют малую массу. Имея малую массу, упругие нити, взаимодействуя с породой, практически не создают сжимающих и ударных нагрузок, но эффективно разрушают поверхность породы вследствие ее усталостного разрушения, которое, как известно, возникает после многократно повторяющихся напряжений в породе. Упругие нити вращающихся щеток обеспечивают в породе создание вышеуказанных напряжений, так как частота контактов упругих нитей с кусками руды в предлагаемом способе на несколько порядков выше частоты таких контактов рабочих органов (шаров, стержней и т.п.) в дезинтеграторах, используемых в известных способах обогащения руды. Твердость нитей по предлагаемому способу ниже твердости кристаллов и выше твердости породы, окружающей кристаллы (т.е. вмещающей породы), позволяет эффективно производить дезинтеграцию рудной массы и отделение кристаллов от пустой породы в щадящих режимах, не наносящих механических повреждений самим кристаллам. Из вышеизложенного следует, что предлагаемый способ обогащения руд естественных кристаллов обеспечивает многократное увеличение выхода конечного продукта и существенное улучшение его качества. При этом значительно экономятся уникальные запасы сырья кристаллосодержащих руд в земных недрах.

На чертеже приведена функциональная схема обогащения руд естественных кристаллов предлагаемым способом, который осуществляется следующим образом.

Исходный продукт 1 руда в виде кускообразной горной массы с линейным размером кусков X (применительно к обогащению бериллов X400 мм) подвергают стадийному дезинтегрированию и отделению кристаллов от пустой породы в среде вращающихся упругих нитей в виде щеток 2, например, из металлической проволоки. При этом, поскольку кристаллосодержащая вмещающая порода (типа слюдитов, известняков, трапела, мрамора, кимберлитовой породы и т.д.), имеет в основном невысокую прочность и твердость, равную Н_min по сравнению с остальными компонентами руды (обломками скальных пород, включениями и самими кристаллами) с твердостью Н_max, то она эффективно разрушается нитями щеток 2. Тогда как остальные компоненты руды разрушению практически не подвергаются при предлагаемом способе. При этом существенную роль играет предлагаемая в способе твердость упругих нитей щеток 2. Их твердость должна быть ниже твердости кристаллов (в том числе скальных пород и различных включений в руде) и выше твердости Н_min самой кристаллосодержащей вмещающей породы (т.е. слюдитов, трепелов, известняков, мраморов, кимберлитовой породы и т.п.). Такое условие твердости упругих нитей щеток 2 позволяет производить дезинтеграцию руды без механических повреждений содержащихся в ней кристаллов, например, нанесения на них царапин или частичного разрушения (истирания) некоторого объема кристалла.

Упругость нитей щеток 2 обеспечивает высокую степень контакта с самой разнообразной конфигурацией кусков руды. Выполнение рабочих тел дезинтегратора в виде нитей существенно повышает частоту единовременно протекающих актов разрушения породы в предложенном способе, т.е. обеспечивает наиболее эффективное усталостное разрушение породы. Это также способствует эффективному разрушению всей поверхности куска руды, имеющей твердость Н_min. Кроме того, упругие нити щеток 2 воздействуют на породу без сжимающих и ударных (раскалывающих) нагрузок, так как нити в процессе работы упруго деформируются при контакте с куском руды и имеют малую массу, недостаточную для создания ударных разрушающих нагрузок на породу.

На каждой стадии обогащения поверхность кусков руды в области менее прочных пород селективно разрушается на толщину слоя Х и грохочением разделяется на фракции. Неразрушившиеся крупные куски крепкой породы с твердостью Н_max, практически не содержащие кристаллов, после грохочения удаляются из технологической линии и при необходимости подвергаются контролю визуальному или с помощью приборов для поисков особо крупных кристаллов. Другая более мелкая фракция, прошедшая через грохот и уже имеющая повышенное содержание кристаллов, направляется на последующую стадию обогащения по вышеуказанной аналогичной схеме, т. е. подвергается дезинтеграции кусков руды, отделению кристаллов от пустой породы, разделению кусков руды на фракции, выводу крупных кусков крепкой породы из технологической линии и подаче руды, прошедшей через грохот, для повторного обогащения. Такой стадийной обработке подвергают рудную массу до тех пор, пока максимальные размеры кусков обогащенной руды не уменьшатся до размеров, близких к размерам, кондиционных кристаллов Х_к. Другими словами, на конечной стадии обогащения получают концентрат с размером кусков (Х-nX)X_к (n число стадий обогащения).

Предлагаемая схема обогащения позволяет многократно сократить объем концентрата, а значит существенно уменьшить трудозатраты и повысить производительность по извлечению кристаллов.

Мелкую, разрушенную в процессе дезинтеграции породу с размером кусков Х_ср меньше минимальных размеров кондиционных кристаллов в ряде случаев целесообразно выводить из технологической линии обогащения как пустую породу. Это существенно сократит объем концентрата, например, при добыче кристаллов берилла, хризоберилла, граната и др. Если же производят обогащение руды, содержащей мелкие кристаллы, например, алмазы, то вся мелкая фракция, получаемая при стадийной дезинтеграции, остается в концентрате (не показано). В конечном итоге, полученный по предлагаемому способу обогащения концентрат содержит минимально поврежденные и достаточно очищенные упругими нитями щеток 2 кристаллы, так как дезинтеграция руды и отделение кристаллов от пустой породы производится в щадящем для кристаллов режиме.

Для определения эффективности обогащения руд естественных кристаллов предлагаемым способом проведены лабораторные исследования. В качестве исходного продукта использована бериллосодержащая руда обогатительной фабрики Малышевского ГОКа (Свердловская область). В процессе исследований на лабораторном стенде в среде вращающихся упругих щеток из металлической проволоки отрезков стального троса (твердость 6 по шкале Мооса) производилась дезинтеграция отдельных кусков слюдита (твердость 5 по шкале Мооса) с поперечным размером 250-300 мм, содержащих кристаллы берилла (твердость 8 по шкале Мооса). В результате селективной послойной дезинтеграции кусков слюдита вскрыты и отделены от пустой породы кристаллы берилла. Визуальный контроль вскрытых кристаллов показал отсутствие признаков свежих механических повреждений (вновь образованных сколов, трещин или овализации ребер кристаллов и т. п.). Среднестатический выход кристаллов при применении предлагаемого способа по сравнению с показателями выхода кристаллов на обогатительной фабрике Малышевского ГОКа (Свердловская область), перерабатывающей ту же самую руду, увеличился в 8,5 раз. Кроме того, лабораторные исследования показали, что при производительности 1 м² рабочей поверхности щеток, равной по расчетам эксперимента 300-800 кг/ч перерабатываемой горной массы, предлагаемый способ обогащения, по сравнению с известными, снижает энергетические и материальные затраты на дезинтеграцию руды в 1,5 раза и более, в зависимости от степени измельчения и физико-механических свойств рудной массы.

Предлагаемый способ позволяет при обогащении руд в несколько раз повысить выход кондиционных кристаллов и существенно повысить их качество. Предлагаемый способ обогащения может найти самое широкое применение в производстве при обогащении руд естественных кристаллов и получить при этом существенный экономический эффект при его внедрении.