Введение к работе
Актуальность темы исследований. Снижение содержания золота в добываемых рудах приводит к необходимости вовлекать в переработку упорные руды и руды с низким содержанием ценного компонента. Тиосульфатное выщелачивание золота рассматривается в качестве перспективной технологии. Одним из основных процессов, определяющих эффективность технологических схем предприятий обогащения и цветной металлургии при переработке упорных золотосодержащих руд и концентратов, является стадия выщелачивания в каскаде газожидкостных реакторов. Выбор типа и конструктивных особенностей аппарата секции выщелачивания напрямую определяет общую эффективность работы предприятия.
Повышение эффективности извлечения золота из руды напрямую зависит от химии процесса, а также массопереноса. Одним из основных критериев, по которому отдается предпочтение тому или иному способу избирательного растворения является экономическая оценка процесса. Тиосульфатное выщелачивание требует больших операционных затрат, вследствие повышенного, по сравнению с цианированием, расхода реагентов, нестабильности и ограниченности повторного использования тиосульфата, а также ограниченности выбора метода экстракции. С другой стороны тиосуль-фатный процесс работает при атмосферном давлении и температуре до 30С. После серии техногенных катастроф многие страны начали компанию по отказу от применения цианида путем экономических санкций, что повышает привлекательность альтернативных способов.
В настоящее время ведутся исследования по совершенствованию газожидкостных реакторов. Значительный вклад в решение задач связанных с проектированием реакторов перемешивания внесли: В.М. Семенов, Коровкина Г.П., Л.Н. Брагинский, В.Л. Садовский, В.М. Барабаш, В.Е. Зеленский, А.В. Осипов, В.И. Бегичев. С помощью современных компьютерных систем способных, основываясь на математических моделях, методом конечных объемов просчитывать гидродинамику движения пульпы и газа. Одним из веду-
щих компьютерных пакетов, разработанных для инженеров, является Workbench компании Ansys. С его помощью возможно произвести оптимизацию реактора с целью получения наибольшей площади контакта трех фаз газ-жидкость-твердое вещество.
Цель работы - разработка конструкции газодинамического реактора и определение операционного режима на основе компьютерного моделирования, обеспечивающего повышение показателя извлечения золота в жидкую фазу.
Идея работы - при помощи современного компьютерного пакета разработать математическую модель гидро- и газодинамики газожидкостного реактора, апробированную методом лазерной трассировки и определить наилучшие режимные настройки для повышения эффективности избирательного растворения золота в реакторе.
Основные задачи исследований:
-
Научно-технический анализ реагентов, процессов и аппаратов, применяемых при выщелачивании золота, предварительной обработке золотосодержащих концентратов, а также методов экстракции.
-
Экспериментальные исследования по исследованию кинетики избирательного растворения окисленного золотоносного концентрата в газожидкостном реакторе.
3. Научно-технический анализ математического описания
гидро- и газодинамики и разработка модели трехфазной системы в
газожидкостном реакторе с помощью компьютерного пакета Work
bench компании Ansys.
-
Апробация и корректировка полученной модели с использованием средств лазерной трассировочной визуализации.
-
Оптимизация конструкции газожидкостного реактора посредством скорректированной модели и определение оптимальных условий работы исследуемого реактора.
Методы исследований. В представленной работе были применены методы планирования, постановки и анализа полученных результатов. При выводе основных зависимостей применены положения системного подхода к исследованию технологических
процессов, а также методы математического и физического моделирования.
В экспериментальных исследованиях по избирательному растворению золота из промышленного концентрата, полученного из флотационного передела переработки арсенопиритной золотосодержащей руды, применялись физико-химические методы анализа материала и продуктов. Планирование экспериментов проводилось по методу Бокса-Уилсона. При построении и исследовании модели было применено современное программное обеспечение от ведущей компании, разрабатывающей компьютерные пакеты в области инженерии Ansys. Методика визуализации потоков газа и жидкости, в частности лазерная трассерная визуализация, использовалась для проверки компьютерной модели на адекватность.
Научная новизна:
-
Получены кинетические зависимости и определены технологические показатели процесса аммиачно-тиосульфатного выщелачивания золота в присутствии меди(П) из окисленного промышленного арсенопиритного концентрата и получена зависимость извлечения золота в раствор от расхода реагентов.
-
Разработана система визуализационной апробации математической модели, описывающей поведение газожидкостных потоков в реакторе перемешивания применительно к тиосульфатному выщелачиванию.
3. Построена независимая от геометрии аппарата компью
терная модель газодинамического реактора.
Основные защищаемые положения:
-
При проектировании конструкции газожидкостных реакторов для избирательного растворения необходимо применять компьютерное моделирование с использованием программных пакетов, базирующихся на методе конечных объемов, результаты которого позволят произвести интенсификацию процесса растворения за счет увеличения площади поверхности контакта фаз, участвующих в реакции.
-
С целью повышения эффективности извлечения золота и снижения экологической нагрузки следует применять аммиачно-тиосульфатное выщелачивание в реакторе установленного типа пе-
ремешивания при оптимальных режимных настройках, полученных с помощью компьютерной модели.
Практическая значимость работы:
-
Разработанная методика оптимизации конструкции и операционного режима газожидкостного с помощью компьютерного моделирования, основанного на методе конечных объемов, может найти свое применение при проектировании газодинамических реакторов.
-
Предложенная конструкция аппарата и режим его работы востребованы при переработке упорных золотосодержащих концентратов.
Достоверность научных результатов. Приводимые результаты, выводы и рекомендации подкреплены значительным объемом данных полученных экспериментальным путем и их соответствием теории проектирования аппаратов перемешивания для металлургической и обогатительной промышленности, применением современных методов планирования экспериментов и физико-химического анализа технологических продуктов и материалов, использованием адекватных математических моделей и статистических методов обработки данных с применением компьютерных технологий.
Апробация работы.
Содержание и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на XXVII международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых (Германия, г. Фрайберг) в 2012 г., на научно-технических советах по работе с аспирантами СПГГИ (ТУ) им. Г. В. Плеханова 2010-2013 г.г., на европейском конгрессе химической инженерии 2013 г.
Личный вклад автора.
Автор самостоятельно выполнил:
-
Постановку задач и разработку общей методики исследований.
-
Анализ современных методов и оборудования, применяемого для перемешивания в жидких средах, а также обзор известных методов и реагентов, используемых при выщелачивании золота.
-
Весь комплекс экспериментальных исследований в лабораторных условиях по избирательному растворению золотоносного концентрата и лазерной визуализации потоков в реакторе.
-
Разработку математической модели поведения потоков в газожидкостном реакторе с помощью компьютерного пакета Workbench и алгоритма апробации полученной модели.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 научные работы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка. Содержит 139 страниц машинописного текста, 66 рисунков, 22 таблицы, список литературы из 85 наименований.
Автор выражает благодарность профессору Турунену И. и доценту Арто Л. за помощь и поддержку, оказанную при работе над диссертацией.
