Содержание к диссертации
ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ПРАКТИЧЕСКИХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО НЕМЕХАНИЧЕСКИМ МЕТОДАМ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ1.1 Возможные способы разупрочнения рудных материалов
1.2 Влияние переменного электромагнитного поля
1.3 Высокочастотная (ВЧ) и сверхвысокочастотная (СВЧ) обработка
1.4 Использование мощных электромагнитных импульсов для дезинтеграции горных пород
1.5 Воздействие разогнанных элементарных частиц на горные породы
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
ГЛАВА ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Анализ возможных механизмов разупрочнения магнитных руд магнитноимпульсной обработке
2.2 Основные положения модели заряженной дислокации
2.3 Анализ механизма разупрочнения поликристаллов магнитно-импульсной обработкой с позиции теории дислокаций
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО РАЗУПРОЧНЕНИЮ НЕМАГНИТНЫХ КВАРЦСОДЕРЖАЩИХ ГОРНЫХ ПОРОД МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКОЙ
3.1 Выбор метода
3.1.1 Методика определения коэффициента крепости горных пород методом толчения (ГОСТ 21153.1-75)
3.1.2 Методика измельчения в лабораторной шаровой мельнице
3.1.3 Методика измельчения в копре
3.1.4 Методика оценки вновь образованной поверхности при ударном разрушении
3.1.5 Обработка результатов измерений коэффициента крепости методом толчения на копре
3.1.6 Обработка результатов измельчения кварцсодержащей руды в копре
3.1.7 Обработка результатов ударного измельчения кварцсодержащей руды с оценкой адсорбированной воды на вновь образованной поверхности
3.2 Лабораторные исследования разупрочнения кварцсодержащих горных пород магнитно-импульсной обработкой
3.2.1 Экспериментальные исследований влияния магнитно-импульсной обработки на измельчение в лабораторной мельнице золотосодержащих руд Билибинского ГОКа
3.2.2 Экспериментальные исследований влияния магнитно-импульсной обработки на ударное измельчение в копре золотосодержащих руд Кз^торского месторождения
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМУ РАЗУПРОЧНЕНИЮ 30ЛОТ0С0ДЕРЖАЩР1Х НЕМАГНИТНЫХ РУД
4.1 Опытно-промышленные испытания технологии электромагнитного разупрочнения золотосодержащих руд ЗАО «Руда»
4.2 Результаты опытно-промышленных экспериментов по повышению производительности мельницы при использовании магнитно-импульсной обработки
4.3 Расчет энергетических параметров промышленной установки для магнитноимпульсной обработки руд
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ СЛАБОМАГНИТНЫХ РУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
5.1. Методика оценки параметров установки для магнитно-импульсной обработки золотосодержащих слабомагнитных рудных материалов
5.2 Пример оценки параметров установки для магнитно-импульсной обработки (МИО) золотосодержащих слабомагнитных рудных материалов
5.3 Расчет экономического эффекта от внедрения методики оценки параметров установки для магнитно-импульсной обработки (МИО) золотосодержащих слабомагнитных рудных материалов
5.4 Оценка экономической целесообразности внедрения технологии МИО на золотоизвлекательных фабриках
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
Введение к работе
Актуальность Процесс рудоподготовки в технологии обогащения различных руд преследует цель создания условий, обеспечивающих максимальную степень извлечения полезного компонента при минимально возможных ресурсозатратах. Как правило, этот процесс связан с измельчением руды до крупности меньше меньшего размера зерна полезного компонента с последующим его извлечением тем или иным физическим или химическим способом.
Самым энергоемким и дорогостоящим процессом при добыче и обогащении минерального сырья является их разрушение. Так, например, на железорудных ГОКах России на долю этого процесса приходится 70% всех энергозатрат (30 кВт-ч/т руды) [1]. Из всех технологических процессов разрушения, а это бурение, взрывание, дробление и измельчение, наиболее энергозатратным является измельчение (26 кВт-ч/т руды) [1]. В горной промышленности США на долю дробления и измельчения приходится 29,3 млрд. кВт-ч в год [2], что составляет 45% от всей потребляемой горной промышленностью США электроэнергии.
В золотодобывающей отрасли, а так же при добыче полиметаллических руд измельчение является одним из затратных технологических процессов.
Это связано, прежде всего, с тем, что в настоящее время около 50% золота в России добывается из коренных месторождений (в мире 98 %) [3], при этом руды коренных месторождений чаще всего характеризуются как прочные, устойчивые к тонкому измельчению, абразивные.
Решение задачи ресурсосбережения чл.-корр. АН СССР В.И. Ревнивцев [4, 5, 6] видел, главным образом, в разработке способов и технических средств направленного воздействия на руду при рудоподготовке различными полями с целью снижения ее прочности, избирательности измельчения и полноты раскрытия зерен извлекаемых минералов.
Известно, что основным сырьем для получения железа в России являются железистые кварциты объем добычи которых составляет порядка 360 млн. т в год. Задача их разупрочнения очевидна и рассматривается в первую очередь. Вместе с тем, для обоснования актуальности разупрочнения слабомагнитньЕх: руд, к которым относятся золотосодержащие руды коренных месторождений, проведен анализ годовых объемов переработки золотосодержащих руд и железистых кварцитов, а также удельной стоимости продукции с 1 т руды на предприятиях России (таблица 1.).
Таблица 1. Годовые объемы добычи и удельные стоимости продукции на предприятиях в России, добывающих железистые кварциты и золотосодержащие руды коренных месторождений Показатель Объем производства продукции в год(в
России)
Цена единицы продукции Годовой объем перерабатываемой Стоимость продукции Стоимость продукции перерабатываемой Железные руды 120 млн.т. (концентрат +
окатыши)
1700руб/т
•360 млн. т 120-106т X1700 р/т-204 млрд.руб.
204-10^руб _ ЗбО-10'w ^570 руб/т Золотосодержащие руды 85 т (золото из коренных
месторождений)
1000руб/г 17 млн. т
85-106гх1000руб/г = 85 млрд. руб.
85-10'руб ^ ^5000руб/т Анализ показал, что хотя объемы добычи золотосодержащих руд на порядок меньше чем объем добычи железистых кварцитов, удельная стоимость продукции с 1 т руды в 10 раз выше и поэтому можно сказать, что повышение эффективности предприятия по продукции на 10 % в золотодобывающей отрасли (с 5000 р/т до 5500 р/т) аналогично примерно двукратному повышению в железодобывающей (с 570 р/т до 1070 р/т).
Основные минералы в коренных золотосодержащих рудах (кварц, пирит, арсенопирит, карбонаты, окислы) являются диамагнитными в отличие от ферримагнитного основного минерала в железистых кварцитах - магнетита, поэтому золотосодержащие руды являются по своим свойствам слабомагнитными.
Академик Чантурия В.А. предлагает [7] для снижения потерь при переработке тонковкрапленных руд без образования сростков и одновременно без излишнего переизмельчения заменять неселективные традиционные процессы дробления и измельчения в щековых, конусных дробилках и шаровых мельницах на процессы селективной дезинтеграции.
Физический смысл перехода к селективной дезинтеграции руды при измельчении заключается в организации процесса таким образом, чтобы разрушение происходило не по случайным направлениям сжимающих усилий, а преимущественно по границам минеральных зерен в результате развития на их границах сдвиговых и растягивающих напряжений.
Одним из перспективных направлений по снижению энергоемкости измельчения руды и повышению извлечения полезного компонента является ее разупрочнение путем магнитно-импульсной обработки (МИО) [8].
Использование электромагнитного разупрочнения показало свою эффективность как при обработке магнитных руд (железистых кварцитов), так и немагнитных (золотосодержащих кварцитов, сульфидных и карбонатных руд). Применение данной технологии для магнитных руд является закономерным процессом в силу наличия высокой магнитной восприимчивости руды и протекания при этом известных эффектов преобразования магнитной энергии в механическую (магнитострикция).
Механизм преобразования энергии электромагнитных полей в механическую работу для немагнитных поликристаллов (например кварца) недостаточно изучен.
Вопросам ресурсосбережения при рудоподготовке посвящены научные публикации Ревнивцева В.И., Чантурия В.А., Новика Г.Я., Викторова Д., Зильбершмидта М.Г., Кузьмина В.А., Бунина И.Ж., Лунина В.Д., Котова Ю.А., Нистратова В.Ф., Гончарова А, Бруева В.П. и др.
Изложенное выше свидетельствует о том, что проблема снижения энергозатрат при разрушении минерального сырья и особенно при его измельчении является важной народнохозяйственной задачей и тема диссертации «Обоснование механизма электромагнитного разупрочнения немагнитных руд в процессах рудоподготовки» актуальна.
Цель: заключается в обосновании параметров магнитно-импульсного способа разупрочнения коренных золотосодержаш,их руд на основе закономерностей поведения микродефектов кристаллической решетки, обеспечивающих снижение удельной энергоемкости их помола.
Идея работы заключается в разупрочнении межзерновых связей в коренных золотосодержащ,их рудах за счет направленного резонансного воздействия электромагнитного поля на заряженные микродефекты и дислокации в.породообразуюш;их минералах.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна
1. Впервые установлено, что в минералах с ковалентной связью, под действием импульсного электромагнитного поля возникают силы Кулона и Лоренца, действующие на электрические заряды в области ядер дислокаций, что вызывает снижение удельной энергии образования единицы новой поверхности при разрушении таких минералов и обеспечивает уменьшение энергоемкости их измельчения.
2. Впервые установлено, что при магнитно-импульсной обработке горных пород имеет место их максимальное разупрочнение при длительности импульсов в диапазоне 10" - 10" с. Наиболее интенсивное перемещение заряженных дефектов в породообразующих минералах наблюдается при близости значений обратной величины длительности импульсов поля и собственной частоты дефектов, величина которой прямо пропорциональна корню квадратному от плотности дислокаций и обратно пропорциональна корню квадратному от произведения плотности минерала, его диэлектрической проницаемости и постоянной его кристаллической решетки.
3. Впервые установлено, что длительность электромагнитного импульса, обеспечивающего наиболее эффективное разупрочнение на этапе подготовки золотосодержащего минерального сырья к обогащению прямо пропорциональна величине среднего геометрического постоянной решетки основного минерала в руде и размеру зерна.
Обоснованность и достоверность результатов подтверяедаются:
• использованием основ механики разрушения горных пород, фундаментальных законов о строении кристаллической решетки минералов и законов электродинамики; использованием апробированных лабораторных методов и оборудования исследований физико-механических свойств минералов;
• необходимым и достаточным числом проведенных экспериментов;
• сходимостью полученных результатов теоретических исследований с экспериментальными результатами.
Научное значение работы заключается:
• в теоретическом обосновании процесса разупрочнения коренных золотосодержащих руд электромагнитным полем;
• в выявлении закономерностей изменения механических напряжений, действующих на дислокации в кристаллической решетке минералов под действием электромагнитного поля.
Практическое значение работы состоит:
• в обосновании параметров магнитно-импульсной обработки (МИО) коренных золотосодержащих руд, обеспечивающих их разупрочнение перед измельчением.
Реализация выводов и рекомендаций работы.
Разработанная «Методика оценки параметров установок для магнитноимпульсной обработки (МИО) золотосодержащих слабомагнитных рудных материалов» принята ФГУП ЦНИГРИ к использованию при проведении предварительных лабораторных испытаний по интенсификации извлечения золота из упорных золотосодержащих материалов на этапе цианирования.
На ЗАО «Руда» прошла опытно-промышленная апробация техники и технологии магнитно-импульсной обработки золотосодержащих руд перед их измельчением в мельнице, которая показала, что выход готового класса -
0,074 мм в сливе мельницы увеличивается на 11 %.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка - 2006» и «Неделя горняка - 2007», на Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (НТТМ2006) Москва, ВВЦ (получена премия I степени для поддержки талантливой
молодежи), на Всероссийской выставке-ярмарке научно-исследовательских работ и инновационной деятельности (ЮРГТУ НПИ, 2007), на XII международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновации и высокие технологии XXI века» (МГТУ, 2008).
Публикации.
Основные положения диссертационного исследования опубликованы в 7 наз^чных работах, в том числе 2 статьях в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 14 рисунков, 35 таблиц, список литературы из 105 наименований.
