Гранулометрический состав россыпного золота и форма его зерен

Уровень извлечения россыпного золота определяется его гранулометрическим составом и формой зерен. Однако до сих пор нет единой научно обо­снованной шкалы классификации россыпного золота по крупности.

Противоречивы ут­верждения о поведении мелкого и тонкого золота, так как к мел­кому золоту различные исследователи относят золото разной крупности.

В некоторых классификациях золота по крупности встречается понятие «плавучее золото». Этот термин характеризует не круп­ность, а способ передвижения зерен в потоке, но в потоках, могут перемещаться и крупные зерна, если они гидрофобизированы, например, мельчайшими пузырьками воз­духа или загрязнены маслами, органиче­скими включениями животного и производственного происхождения.

Наиболее распространенной является классификация золота по крупности (табл. 6.1).

Такая классификация россып­ного золота связана с его технологическими свойствами. Так, золото крупнее 3 (3,15) мм извлекается полностью даже при обогащении песков наиболее простыми способами, крупностью 1 мм - отсадкой и более чем на 95 % шлюзами мелкого наполнения. Крупность зерен 0,315 мм является граничной для эффективного улавливания золота шлю­зами (извлечение достигает 80 %). Золото крупностью 0,1 мм извлекается отсадкой (на 50 %) и практически не извлекается при обогащении на шлюзах.

Золото мельче 0,03 мм практически не улавливается способами механического обогащения.

В промышленных россыпях основное количество золота, обычно имеет крупность 0,1—4 мм. Однако в послед­ние годы эксплуатируются россыпи и с более мелким золотом (табл. 6.2, 6.3, рис. 6.1).

Результаты ситового анализа не всегда полно характе­ризуют крупность зерен золота. В связи с этим иногда еще взвешивают отдельные золотины.

 

Промывистость песков

Под промывистостью песков обычно понимается способность рыхлых отложений размываться в потоке воды до такого состояния, при котором минеральные частицы не связаны друг с другом и осво­бождены от глинистых примазок.

 

Таблица 6 .1

Рекомендуемая ИРГИРЕДМЕТом классификация золота по крупности

Крупность, мм	Размер отверстия нижнего сита, мм	Площадь отверстия мм^2	Логарифм предельного размера зёрен, мкм	Класс крупности золота
+3(3,15)   -3(3,15)+1   -1+0,315   -0,315+0,1   -0,1+0,03 (0,0315)   -0,03	3(3,15)   0,315   0,1   -	0,1   0,01	4-3,5   3,5-3   3-2,5   2,5-2   2-1,5     1,5	Весьма крупное Крупное   Среднее   Мелкое   Весьма мелкое   Дисперсное

 

 

Промывистость песков зависит от цементации их вязкими материалами, обычно пластичными глинами.

В практике к глинистым относят породы, в которых содержание частиц менее 5 мкм (глинистой фракции) превышает 3 %, а к соб­ственно глинам – породы, в которых этой фракции содержится более 30 % [17].

Почти все глины являются полиминеральными горными поро­дами, состоящими из смеси глинистых гидросиликатных минералов и примесей неглинистых минералов: кварца, кальцита, полевого шпата, пирита и др. [12].

Минералоги разделили все гидросиликатные минералы на три группы: глиноземистые, железистые и магнезиальные. Наиболее распространены глиноземистые минералы, которые делятся по Гинзбургу и Петрову на следующие группы:

- каолинита (каолинит, диккит, накрит, галлуазит; монотермит и др.);

- монтмориллонита (монтмориллонит);

- пирофиллита (пирофиллит);

- аллофана (аллофан);

- гидрослюды (гидромусковит, лиеврит).

Рис. 6.1. Классификация россыпей в зависимости от крупности золота:

1 — с крупным золотом; 2 — со средним зо­лотом;

3 — с мелким золотом; 4 —с весьма мелким золотом

 

Таблица 6.2

Распределение золота по классам крупности, % (по данным ИРГИРЕДМЕТа и ВНИИ-1)

Район	Классы крупности, мм	Средняя крупность,мм
-2+1	мм	-0,5+0,25	-0,25
Северо -Восток.... Лена…………........ Якутия ………....... Северный Енисей. То же...................... Южный Енисей… Амур………….… Якутия………........ То же…………...... Северный Урал…. То же...................... Южный Урал........ Забайкалье….........	46.0 17.5 38,3 — — — — 9,1 — — — —	27,0 46,7 43,1 54,6 8.1 3.4 4.7 35,6 12.3 11.7 17.5 7.6 13.3	24,0 28,5 10,4 27.6 84.3 55,1 74,8 48,6 57,3 57,2 78,3 76,7 63,5	3.0 7.3 8.2 17.8 7.6 41.5 20,5 6,7 30.4 31.1 4.2 15,7 23,2	1,6 1,1
1,5 0,9 0,6 0,5 0,5 1.0 0.5 0.5 0.8 0.6 0.6

 

 

Таблица 6.3.

Гранулометрический состав золота отдельных россыпных месторождений, %

Район	Классы крупности, мм	Средняя крупность,
	-2+1	-1+0,5	-0,5+0,25	-0,25	мм
Амур	6.6	6.4	61,4	25.6
Якутия (древняя россыпь)	3.0	19.3	36.8	40,9	0,25
Западная Сибирь	—	32,5	44.5	23,0	—
Дальний Восток	—	—	5.1	94,9	0,15
Южный Енисей	3.0	10,3	32.8	53.9	0,25
Якутия		9,8	32,5	57.7	0,24

 

На рис. 6.2. и 6.3. схематически показаны зарисовки зернистых смесей, связанных монтмориллонитом и каолинитом, сделанные по данным минералогического исследования.

Как видно кварцевые песчинки равномерно покрываются однородной пленкой из монтмориллонитовых мелких частиц и неравномерно покрываются не­большими чешуйками и крупными агрегатами каолинита. Соответ­ственно этому более прочная связь между песчинками во влажном состоянии будет в смесях с монтмориллонитом по сравнению с каолинитовыми смесями.

Определяющими факторами свойств глинистых материалов по Р. Гриму являются: состав глинистых и негли­нистых минералов, присутствующих в глинах; обменные ионы и растворимые соли; структура; физико-механические свойства.

Физико-механические свойства глинистых песков (грануло­метрический состав, плотность, объемная масса, пористость, пластичность, размокание, набухание, водопроницаемость, сопротив­ление сдвигу, структурная связность и естественная влажность) опреде­ляют способность глин к разрушению. У высокодисперсных глинистых цементов пластичность и связность проявляются сильнее, чем у менее дисперсных. Песчинки и грубообломочные неглинистые фракции повышают водопроницаемость глинистых пород.

Пластичность глин — это ее способность изменять свою форму под действием внешних сил без разрыва сплошности и сохранять по­лученную форму после удаления внешней силы. Пластичность характеризуется числом пластичности, которое показывает диапазон влажности, в котором грунт обладает пластическими свойствами:

 

,

 

где I_п – число пластичности;

W_B – верхний предел пластичности, т. е. влажность (%), при которой грунт переходит из пластичного состояния в жидкое;

W_Н – нижний предел пластичности, т.е. влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое, %.

Сравнивая естественную влажность глин с влажностью, соот­ветствующей пределам консистенции этой глины, можно с некото­рой точностью судить о ее состоянии и разрушаемости.

Размокание – это способность глин при впитывании воды те­рять связность и разрушаться. Основным показателем, характеризующим это свойство, является скорость размокания глины, ко­торая зависит от содержания в ней глинистых частичек (фракции 5 мкм) и их минералогического состава.

Влажность влияет на прочность глинистого материала.При увеличении влажности прочность сначала увеличивается до максимума, а затем уменьшается.

Исследования вещественного состава глин 10 россыпных место­рождений золота различных районов страны показали, что все гли­нистые минералы находятся в классах крупностью менее 0,1 мм. В более крупных классах глинистых компонентов практически нет.

 

 

Рис. 6.2.Смесь зерен, связанных на­триевым монтмориллонитом

Рис. 6.3.Смесь зёрен, связанных каолинитовой глиной

 

В глинах часто со­держатся гидрослюды с примесью бедделеита. В некоторых россыпях Якутии присутствуют в мелких классах каолиновые глинистые минералы.

Связующие свойства глин определяются не только количеством тонких глинистых ча­стиц, например –5 мкм, но и их типом.

Гранулометрический состав глин зависит как от литологического состава пород, так и от степени их разрушения и условий переноса рыхлого материала. Более мягкие породы (известняки, песчаники, сланцы) содержат больше тонкого глинистого материала, чем твердые. Наиболее трудные для обогащения древние россыпи содержат большое количесвто тонких глинистых минералов, образование которых (по И. С. Рожкову и Л. В. Разину) шло по схеме: слюда – полевые шпаты –гидрослюды – монтмориллонит – галлуазит – каолинит.

Пока еще нет точных критериев и надежных методов объективного определения промывистости песков.

 

Природа связанности и оценка промывестости песков.

 

Прочность дисперсных материалов, по Ребиндеру, опреде­ляется не столько прочностью частиц, сколько силой связи между ними или средней прочностью индивидуальных кон­тактов и их числом в плоскости разрыва образцов, гранул. Исследованиям природы и сил связей между частицами дис­персных материалов, в том числе глин, посвящены сотни работ. Можно считать установленным, что уже на ранней стадии увлажнения глин капиллярные связи между частицами в несколько раз превосходят молекулярные, электростатиче­ские и магнитные, а во влажных материалах структурно-механические свойства в основном определяются капилляр­ными силами.

Связность песков обусловлена множеством факторов, включая размер и степень окатанности частиц, удельную поверхность, содержание глинистых фракций, влажность, слеживаемость, циклы естественного увлажнения и подсушки песчаных отложений и т.д. Поэтому, теоретическое прогно­зирование связности и, соответственно, промывистости рос­сыпей весьма проблематично.

Количественная оценка промывистости песков на осно­ве экспериментальных исследований дается в ряде публика­ций. В качестве критериев промывистости предложены неко­торые стандартные характеристики глин [12]: число пластичнос­ти, глубина погружения балансирного конуса в образец, предельное напряжение сдвига, влажность и др. При числах пластичности менее 3, от 3 до 15, и более 15 промывистость оценивается, соответственно, как легкая, средняя и трудная. Однако такая классификация оказалась недостаточно надежной для практического использования. Проч­ность глин, оцениваемая глубиной погружения конуса в об­разец и предельным напряжением сдвига, больше отражает сопротивляемость их диспергированию..

Влажность глин оказывает значительное влияние на их прочность и промывистость. Однако эта взаимосвязь не однозначна. Так, связность глин увеличивается по мере их увлажнения до' такого предела, когда суммарный периметр капиллярно-стыковых мостиков растет. При дальнейшем увлажнении материала наступает состояние, при котором размер отдельных мостиков продолжает увеличиваться, и некоторые из них начинают сливаться. В следствии чего в определенном диапазоне увлажнения суммар­ный их периметр может не увеличиваться, а при еще большем увлажнении - уменьшаться. Изменение влажности материала путем его подсушки или увлажнения еще более усложнит эту взаимосвязь в результате гистерезисных явлений связности. В зависимости от условий и режима подсушки материал может как упрочняться, так и разупрочняться. Общие недостатки этих косвенных оценок промывистости материала заключается в том, что не учиты­ваются другие характеристики песков (грансостав, содержа­ние глин и т.д.) и не отражается специфика промывки россы­пей различными способами.

Известна оценка промывистости песков по удельному расходу энергии q₀ на промывку в сравнении с рас­ходом q на промывку эталонной пробы [12]:

 

K=q_o/q.

 

Коэффициент промывистости К, время промывки и рас­ход энергии предложено определять на некотором стандартном промывочном барабане. На основе опытных данных по промывке золотоносных песков предложена классификация по промывистости: легкая – менее 0,25 кВт-ч/т, средняя – 0,25–0,5 кВт-ч/т, трудная – 0,5 г 1 кВт-ч/т.

Этот метод можно отнести к наиболее надежным, если допустить что испытуемая россыпь будет промываться тем же стандартным способом.

Рассматриваются также оценки промывистости россы­пей по энергозатратам при извлечении глин в слив и увели­чении удельной поверхности. Однако практическое ис­пользование оценки промывистости менее перспективно из-за большей сложности эксперимента при примерно одной надежности прогнозирования промывистости отложений.

На практике промывистость россыпей наиболее часто оценивают по содержанию в них глин. При использовании этого метода необходимо учитывать минералогический и гранулометрический состав, что подтверждается исследова­ниями В. В.Троицкого. Очевидно, структурно-механические характеристики глин и их промывистость зависят от ком­плекса факторов, включая минералогический состав; содер­жания ультратонких и коллоидных частиц, влажности, плот­ности и текстуры, сформированных в процессе генезиса, в т.ч. многократных циклов смерзания и оттаивания, увлаж­нения и подсушки, результатом которых было обратимое и необратимое их упрочнение и разупрочнение. Поэтому наи­более надежная оценка промывистости россыпи и оптимиза­ция ее параметров могут быть получены экспериментально для каждого конкретного отложения.

 

К инетика промывки и основные взаимозависимости

Под кинетикой процесса промывки россыпей подразумевается изменение извлечения глин в слив или эффективности их дезинтеграции во времени [12].

Процесс дезинтеграции (диспергирования) зависит от структурно-механических характеристик глин, продолжи­тельности, способов и средств промывки. Кинетика процесса промывки, например, гравия крупностью 20 - 40 мм, содер­жащего 10 % глин с различными значениями предельного напряжения сдвига, при давлении водной струи 12 кгс/см² характеризуется кривыми экспоненциального вида и объясняется следующими условиями:

1. Скорость извлечения глины (%/с) в слив пропорцио­нальна ее содержанию во все промежутки времени промывки материала, начиная от исходного (максимального) содер­жания.

2. В начальный период промывки интенсивно дезин­тегрируются легкопромывистые составляющие глин, за счет чего резко увеличивается их извлечение в слив. В нем остаются труднопромывистые, наиболее мелкие агрегаты, обладающие малой инерционностью и легко увлекаемые потоком жидкой фазы без относительного движения фаз.

Время промывки прочных глин увеличивается. Характер зависимости остается постоянным и при изме­нении способа промывки материала.

Экспериментальными исследованиями [12] установлены не­которые общие закономерности процесса промывки. Так, эффективность процесса промывки материалов, при прочих равных условиях, возрастает с увеличением энергозатрат, интенсивности перемешивания, увеличением давления на агрегаты, напора струи и времени диспергирования и сни­жается с увеличением содержания глин и их прочности. Если глин в россыпи менее 10 %, то удельный расход энергии на промывку практически не изменяется, а при содержании глин более 30 % он снижается, что можно объяснить увеличе­нием КПД средств промывки на "собственно" дезинтеграцию.

Удельный расход энергии на промывку россыпи с не­большим (менее 15–20 %) содержанием глин ниже при вибрационном способе промывки в сравнении со струйным. При содержании глин более 15–20 % струйный способ промывки менее энер­гоемок. По сравнению с истиранием при промывке очень прочных глин струйным способом также затрачивается меньше электроэнергии.

Наиболее эффективна, при прочих равных условиях, промывка россыпи равномерного гранулометрического со­става. Здесь просматривается аналогия с процессом измель­чения руд при рационной догрузке шаров в мельницу. Круп­ные шары эффективно разрушают крупные агрегаты глины путем большего давления, а мелкие шары интенсивно разру­шают наиболее мелкие агрегаты за счет большего числа со­ударений.

При промывке мелких классов удельный расход энер­гии остается постоянным в широком диапазоне давления водяной струи. При промывке же крупных классов с повы­шением давления напорной струи удельный расход энергии уменьшается.

Оптимальный расход воды в промывочных машинах соответствует отношению т:ж= 1:1-1,5. Увеличение расхода воды не улучшает промывку из-за снижения вероятности контактов частиц и агрегатов друг с другом. Уменьшение расхода воды также снижает эффективность промывки. В этом случае жидкая фаза насыщается глинистыми частица­ми, и они начинают коагулировать [12]. Кроме того, воз­растающая вязкость системы снижает скорость относитель­ного перемещения фаз.

Прочность глин можно снизить добавкой ПАВ в про­мывную воду или путем предварительной обработки залежи. При этом в некоторых случаях время промывки сокращается до двух раз. Резкое повышение качества промывки отмечает­ся при подогреве воды до 65° С.

Известно [12], что предельное напряжение сдвига можно ре­гулировать изменением влажности глин. Эту зависимость используют иногда для разупрочнения глин путем ее предва­рительного обводнения по вышеописанному механизму снижения капиллярных связей при слиянии капиллярно-сты­ковых мостиков между частицами, а также путем ее предва­рительной подсушки в течение нескольких суток на воздухе по механизму растрескивания кусков глины. Поскольку зависимость не однозначна, эффект от изменения последней может быть обратный.