Технология обогащения алмазосодержащей руды

Обычную сепарацию в статических условиях применяют до крупности 1,5—2 мм. Обогащение в тяжелых суспензиях более мелкого материала осуществляют в гидроциклонах. В качестве утяжелителей используют молотый или гранулированный ферросилиций плотностью 6700—7200 кг/м³. Крупность измельчения ферросилиция для статических условий сепарации должна составлять примерно 80 % -80 мкм. Вязкость суспензии не должна превышать 20 мПа, а при сепарации в статических условиях и 30 мПа-с — в гидроциклоне. Добавка до 1 % бентонитовой глины к ферросилициевой суспензии повышает ее устойчивость в 3—4 раза без значительной увеличении вязкости.

Обогащение в тяжелых  суспензиях может проводиться в  сепараторах различной конструкции, из которых наибольшее распространение  получили конусные и барабанные. Выход  тяжелой фракции обычно колеблется от долей до нескольких процентов  от питания. При обогащении мелкого материала (меньше 1,5—2 мм) в гидроциклонах для получения плотности разделения, равной 3200 кг/м³, достаточна плотность суспензии в пределах 2150—2200 кг/м³. Гидроциклоны успешно применяют также для обогащения песков, добытых со дна моря. В отличие от других аппаратов на процесс в гидроциклонах не влияют движение и качка судна, так как центробежные силы, действующие в гидроциклонах, значительно превосходят силы тяжести.

Процесс обогащения в  тяжелых суспензиях вследствие малого удельного расхода воды имеет преимущество при добыче алмазов из руд и россыпей в районах, где трудно обеспечить обогатительные фабрики водой. [1]

3. Жировой процесс

Жировой процесс основан на избирательной  способности алмазов удерживаться липкими (жировыми) поверхностями на границе раздела их с водой. При поступлении пульпы, содержащей алмазы, на жировую поверхность частицы гидрофильных минералов (кварц, кальцит и др.) не прилипают к ней и сносятся потоком воды, тогда как гидрофобные алмазы при контакте с жировой поверхностью прочно прилипают и удерживаются на ней.[2]

Для увеличения гидрофобности  алмазов рекомендуется применение реагентов-собирателей гетерополярного и аполярного типов.

Алмазы, которые называют упорными, встречаются главным образом в аллювиальных месторождениях. Они не прилипают к жиру потому, что их поверхность покрыта тонкой пленкой гидрофильного оксида железа, гидратов оксида кальция и силикатных соединений. Удаление таких соединений с поверхности алмазов (растворением, оттиркой и др.) или обработка реагентами повышает их извлечение. Наиболее подходящим реагентом для этой цели является галловое масло. Например, наиболее доступным реагентом для условий Южной Африки оказалась китовая ворвань с содержанием от 40 до 80 % свободной жирной кис]юты.

Материал из питателя двигается перпендикулярно направлению движения ленты. Алмазы прилипают к жиру и выносятся лентой к скребку, а хвосты смываются водой и удаляются в отвал.

Непрерывный съем алмазов  и восстановление слоя жира выполняют скребком, под которым установлен металлический ящик со вставленной в него системной сеткой. Срезаемый тонкий слой жира с алмазами подается в приемник, под которым установлена электрическая грелка для растапливания снятого с ленты жира. Освободившиеся от жира алмазы и частицы сопутствующих минералов остаются в сетке, которую по мере накопления в ней минерала заменяют другой. [1]

4. Электрическая сепарация алмазов

Электрическая сепарация основана на использовании небольшой разницы  в электропроводности алмазов и  минералов пустой породы и применяется главным образом для извлечения алмазов из грубых концентратов, полученных гравитационными методами или на липких поверхностях. Наибольшее распространение получила электрическая сепарация в поле коронного разряда для извлечения алмазов крупностью от 6 до 0,1 мм.[2]

В связи с тем, что  при однократном прохождении частиц полного разделения не происходит, в процессе сепарации получаются промежуточные продукты, которые необходимо перечищать. Поэтому в одних случаях пользуются двух-, трех- или многоступенчатыми сепараторами, а в других — материал пропускают многократно через одноступенчатый сепаратор.

Для повышения эффективности процесса перед электросепарацией используют:

• регулирование влажности  материала. Оптимальная влажность, при которой различие в электропроводности разделяемых минералов достигает максимальных значений, имеет довольно узкие пределы. Температура подогрева зависит от свойств обогащаемого материала;

• обработку материала  перед электросепарацией различными реагентами. Так, при обработке концентрата отсадки россыпного месторождения «Бакванга» (Конго, Киншас) крупностью 6,68—2,84 мм лучшее разделение алмазов и пустой породы достигается при использовании растворов, содержащих 0,5 % NaCl;

• предварительную обработку  материала в мел1,нице, работающей на истирающем режиме, улучшающем процесс электросепарации. [2]

5. Фотометрическая сепарация алмазов

Оптическая сепарация основана на высокой отражательной и рассеивающей способности алмазов по сравнению  с минералами пустой породы. Направляемый на алмазосодержащий материал световой поток отражается и попадает на фотоэлемент, включенный в электрическую цепь. В цепи возбуждается ток и срабатывает автоматическое устройство, отделяющее алмазы от пустой породы.[2]

фотометрический метод  сепарации может быть использован как самостоятельный процесс извлечения в тех случаях, когда содержание темных алмазов невелико. [1]

6. Рентгенолюминесцентная сепарация алмазов (РЛС)

Люминесцентная сепарация основана на избирательной способности алмазов  излучать видимый свет (люминесцировать) под воздействием ультрафиолетового рентгеновского и гамма-излучения, а также при бомбардировке частицами высокой энергии (катодные лучи, бета- и альфа-частицы). Практическое применение имеют рентгено- и радиолюминесценция. [2]

Цвет и интенсивность рентгенолюминесценции у различных алмазов разные. Цвет изменяется от голубого и желтого до розового. С увеличением размера кристаллов алмаза интенсивность свечения повышается, но встречаются алмазы, не подчиняющиеся этой закономерности. Черные, непрозрачные алмазы (баллас, карбонадо), состоящие из мелких, беспорядочно ориентированных кристаллов, не люминесцируют. [1]

Наряду с алмазами люминесцируют и некоторые сопутствующие минералы (циркон, шеелит, разновидности кальцита и др.). В случае большого количества других люминесцирующих минералов этот метод извлечения алмазов становится непригодным.

7. Флотация алмазов

Флотация, основанная на высокой естественной гидрофобности алмазов, применяется для извлечения мелких алмазов крупностью -0,5 мм. Используется пленочная флотация. Материал предварительно обезжиривают в горячей воде и оттирают в мельнице. Для активации алмазов и подавления минералов пустой породы применяют хлористый натрий и жидкое стекло.

Ручная сортировка иногда используется для выборки алмазов из исходной руды, но чаще для извлечения алмазов  из концентратов жирового процесса и  электросепарации.[1]

 

5. Технологические схемы извлечения алмазов

Выбор обогатительных процессов  и оборудования обусловлен в первую очередь высокой плотностью алмазов (по сравнению с основной массой вмещающих пород и минералов), их естественной гидрофобностью, способностью люминесцировать при рентгеновском облучении, а также необходимостью в максимальной степени сохранить кристаллы алмазов при дезинтеграции руд.[5]

На действующих и проектируемых алмазоизвлекающих фабриках наибольшее распространение получили методы гравитационного и радиометрического обогащения и, в частности, тяжелосредняя сепарация (ТСС) в циклонах и рентгенолюминесцентная сепарация (РЛС). Можно отметить, что приоритет в научном обосновании эффективности РЛС при обогащении алмазосодержащих кимберлитов и ее реализации в промышленности принадлежит России.

Современные схемы алмазоизвлекающих  фабрик за последние десятилетия  стали практически стандартными (рис. 2)[5]

Рис.2 Принципиальные схемы  обогащения алмазосодержащего сырья [5]

Общепринятая технологическая  сема включает следующие элементы: первично дробление; классификацию по крупности в скрубберах и на грохотах; вторичное дробление (измельчение); тяжелосредную сепарацию; додрабливание в валковых дробилках высокого дробления (роллер-прессах); магнитную сепарацию; рентгенолюминесцентную сепарацию; ручную сортировку; пневматическое транспортирование алмазов. В случае большого содержания алмазов в классе 2 мм применяют флотацию в машинах пенной сепарации. Кроме того, на обогатительных фабриках АК "Алроса" используют липкостную сепарацию для доизвлечения алмазов из хвостов РЛС класса - 5 мм.

Как показывает практика последних десяти лет, основные проблемы при обогащении алмазосодержащего  сырья возникают при переработке  материала так называемых мелких классов (-5мм) с применением процессов тяжелосреднего обогащения, липкостной  пенной сепарации.

Для руд ряда месторождений  с высоким содержанием мелких алмазов (-5+0,5мм) применяют обогащение на винтовых сепараторах, липкотсную сепарацию  и флотацию, проведение которых основано на естественной гидрофобности поверхности кристаллов.[5]

В процессах рудообразования и контакта с минерализованными водами на кристаллах алмаза происходит сорбция химических элементов различного качественно-количественного состава. Это определяет фазовый состав полиминеральных образований на алмазах, гидрофильно-липофильное состояние их поверхности, адсорбционную и адгезионную способность кристаллов, от чего зависит полнота их извлечения физико-химическими методами обогащения.

На формирование первичных  полиминеральных нанообразований на поверхности алмазов существенное влияние оказывает вещественный состав и степень изменчивости кимберлитов, а также минерализация и ионный состав находящихся в них подземных вод.[6]

Алмазы и кимберлитов  верхних горизонтов (с высокой  степенью изменчивости и содержанием вторичных минералов 80-90%) извлекаются в процессе пенной сепарации лишь на 20% и менее. Извлечение алмазов из кимберлитов нижних горизонтов (с низкой степенью изменчивостью и содержанием вторичных минералов до 50 %) достигает 80% и более.[5]

Из подземных выработок выдается руда крупностью 0—150 мм. Руда подвергается грохочению на колосниковых вибрационных грохотах с расстоянием между  колосниками 125 мм. Из надрешетного продукта вручную отбирают пустую породу, а  за- тем всю руду дробят до крупности 25 мм.

Дробленая руда промывается на грохотах и разделяется на классы -2,4 и + 2,4 мм. Класс -2,4 мм поступает в отделение  отсадки, класс +2,4 мм — на обогащение в тяжелых суспензиях.[2]

Перед отсадкой класс -2,4 мм подвергается классификации по граничному зерну 0,5 мм. Слив классификатора крупностью -0,5 мм поступает в сгустители, слив которых частично используется для промывки на грохотах, а остальное перекачивается в хвостохранилище. Класс -2,4 + 0,5 мм поступает на отсадочные машины, концентрат которых подвергается доводке.

Класс +2,4 мм направляется в тяжелосредные  конусные сепараторы. Концентраты разгружаются аэролифтом, дренируются и промываются  на грохоте. Дренированная суспензия  после регенерации поступает  в оборот. В качестве утяжелителя используется ферросилиций. Плотность суспензии в конусных сепараторах равна 2,9 г/см .

Внедрение процесса динамической тяжелосредной  сепарации в гидроциклонах позволяет  отказаться от процессов отсадки  и рентгенолюминесцентной сепарации  на стадии первичного обогащения.[2]

В этом случае руда подвергается трехстадиальному дроблению (или самоизмельчению) до крупности - 3 0 (25) мм, скруббированию (мокрой отчистки) с грохочением на два  класса -30 + 1 0 и - 1 0 + 1 мм и раздельному  их обогащению в тяжелосредных циклонах (DMS).

Мелкий материал (-1 мм) и легкая фракция направляются в отходы, а  концентраты с циклонов поступают  на их доводку по стандартной схеме.

На рис. 3 приведена принципиальная схема обогащения коренных алмазсодержащих руд.[2]

 

Рис. 3. Принципиальная схема обогащения коренных алмазосодержащих руд[2]

Различия в схемах извлечения алмазов из песков россыпных месторождений и кимберлитов имеются главным образом в начальных стадиях процесса: при обогащении песков для раскрытия минералов применяют дезинтеграцию и промывку, а при обработке кимберлитов — дробление и измельчение. Для песков россыпных месторождений, в которых алмазы находятся в свободном состоянии, первичное обогащение может быть достигнуто за счет удаления в отвал значительной части материала в виде крупной гальки и тонких шламов с помощью простейшего метода — грохочения. Для кимберлитов же требуются более сложные процессы. [1]

Пески с небольшим содержанием глины направляют непосредственно на грохочение. Глинистые пески подвергают промывке, при которой происходит отделение песчано-галечного материала от глины и одновременно выделяется крупная галька.

Верхний предел крупности  при переработке песков россыпных месторождений определяется необходимостью свободного прохождения через сито самых крупных алмазов. Максимальная крупность обогащаемых песков обычно не превышает 25 мм. Нижний предел крупности обусловлен экономическими факторами. Для извлечения мелких алмазов необходима сложная схема с использованием специальных процессов и дополнительной аппаратуры. Большинство зарубежных фабрик обычно ограничивается минимальным размером извлекаемых алмазов в 1 мм, однако на некоторых предприятих этот размер меньше, например на руднике «Премьер» он составляет 0,59 карата.