Modeling the formation of high metal concentration zones in man-made deposits

Abstract

Purpose. To study conditions of forming the zones of high metal concentration in metal-containing man-made deposits. To assess the likelihood of metal concentration in the placer core. Methods. Analysis of the conditions determining metal-containing placers formation and of metal losses at mining and processing plants, considering the local terrain. Findings. It is proved that the minerals that are carried away from the separators at mining and processing plants are concentrated in the core, which contains up to 90% of heavy metals. Originality. The studies have determined the main factors and regularities governing the distribution of heavy metals in technogenic placers, which help identify their location and calculate parameters of high metal concentration zones in the body of a man-made deposit. Practical implications. The research has proved the possibility of using metal-containing technogenic placers, and finding the zones of maximum metal concentration on the basis of the established regularities. The authors have developed a mathematical model of the gradual formation of technogenic deposits with zones of heavy metals concentration in metal-containing waste.

Мета. Дослідження умов утворення зон підвищеної концентрації металу та оцінка ймовірності його концентрації в ядрі у металовмісних розсипних техногенних родовищах за допомогою фізичного моделювання. Методика. Дослідження проведені на моделі в лабораторних умовах із використанням вулканічного туфу Рафалівського кар’єру (Україна), що містить від 0.4 до 1.2% самородної міді. Експериментальні зразки подрібнені на щоковому млині. Хімічний склад туфу встановлено спектральним аналізом. Гідросуміші виготовлені на електричному змішувачі та досліджені магнітним стержневим сепаратором типу СМС 0.5-1-МН-0.2, метал вилучався з магнітною індукцією 600 мТл. Апроксимація та статистична обробка дослідних даних проводилась у програмних пакетах MathCad та Microsoft Excel. Результати. Експериментально доведено, що найбільша дальність польоту струменя пульпи досягається при нахилі вихідного оголовка пульповоду до горизонту під кутом 45° (при впливі опору повітря його розсіювання становить 30 – 35°). Рекомендовано розташовувати вихідний переріз пульповоду якомога ближче до бровки укосу або основи розсипу з умови найменшої ударної дії струменя на основу. Встановлено, що розміри воронки розмиву – діаметр і глибина – змінюються у часі за рахунок розмиву та виносу раніше намитих переважно крупних фракцій, а також намиву крупнозернистого туфу по периметру воронки. Встановлено параметри зон підвищеного вмісту важких металів у техногенному розсипі, що залежать від концентрації пульпи та ландшафту місцевості (балка, яр), а у місці утворення розсипу дані параметри змінюються за залежністю, що описується поліномом третього ступеня. Коефіцієнти полінома характеризують динаміку формування ядра розсипу, де зосереджується від 60 до 90% важких металів. Наукова новизна. Встановлено основні фактори та закономірності розподілу важких металів у техногенних розсипах в процесі розмиву. Розроблена математична модель поетапного формування техногенного розсипу із зонами концентрації важких металів у металовмісних відходах. Практична значимість. На основі отриманих результатів представляється можливим промислове освоєння металовмісних техногенних розсипів із виявленням зон максимальної концентрації металу. Вирішення проблеми переробки металовмісних відходів підвищить екологічну безпеку території та надасть підприємствам додатковий економічний ефект.

Цель. Исследование условий образования зон повышенной концентрации металла и оценка вероятности его концентрации в ядре в металлосодержащих россыпных техногенных месторождений при помощи физического моделирования. Методика. Исследования проведены на модели в лабораторных условиях с использованием вулканического туфа Рафаловского карьера (Украина), содержащем от 0.4 до 1.2% самородной меди. Экспериментальные образцы измельчены на щековой мельнице. Химический состав туфа установлен спектральным анализом. Гидросмеси изготовлены в электрических смесителях и исследованы магнитным стержневым сепаратором типа СМС 0.5-1 МН-0.2, металл извлекался с магнитной индукцией 600 мТл. Аппроксимация и статистическая обработка опытных данных проводилась в программных пакетах MathCad и Microsoft Excel. Результаты. Экспериментально доказано, что наибольшая дальность полета струи пульпы достигается при наклоне выходного оголовка пульповода к горизонту под углом 45° (при влиянии сопротивления воздуха его рассеивание составит 30 – 35°). Рекомендовано располагать выходное сечение пульповода как можно ближе к бровке откоса или основы россыпи из условия наименьшей ударного действия струи на основу. Установлено, что размеры воронки размыва – диаметр и глубина – изменяются во времени за счет размыва и выноса ранее намытых преимущественно крупных фракций, а также намыва крупнозернистого туфа по периметру воронки. Установлены параметры зон повышенного содержания тяжелых металлов в техногенной россыпи, зависящие от концентрации пульпы и ландшафта местности (балка, овраг), а в месте образования россыпи данные параметры изменяются по зависимости, описываемой полиномом третьей степени. Коэффициенты полинома характеризуют динамику формирования ядра россыпи, где сосредотачивается от 60 до 90% тяжелых металлов. Научная новизна. Установлены основные факторы и закономерности распределения тяжелых металлов в техногенных россыпях в процессе размыва. Разработана математическая модель поэтапного формирования техногенной россыпи с зонами концентрации тяжелых металлов в металлосодержащих отходах. Практическая значимость. На основе полученных результатов представляется возможным промышленное освоение металлосодержащих техногенных россыпей с выявлением зон максимальной концентрации металла. Решение проблемы переработки металлосодержащих отходов повысит экологическую безопасность территории и позволит предприятиям получать дополнительный экономический эффект.