Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследование водных и физико-механических характеристик пород редкометальных месторождений 11
1.1 Кора выветривания тантало-ниобиевого Белозиминского месторождения 11
1.2 Туганское ильменит-цирконовое россыпное месторождение 17
1.3 Иршанская группа каолинизированных ильменитсодержащих месторождений 21
1.4 Промышленные пески Малышевского месторождения 30
1.5 Классификационная характеристика исследуемых пород по основным физико-механическим свойствам ..34
1.6 Выводы 42
Глава 2 Исследование по установлению оптимальных режимов загрузки гидротранспортной установки с минимальным выносом тонкодисперсных фракций 44
2.1 Принцип действия и конструктивные особенности модификаций загрузочно-обменного аппарата с использованием кольцевых закрученных струй 44
2.2. Методика проведения исследований и описание лабораторной установки 47
2.3 Анализ степени выноса минеральных частиц при занрузке гидротранспортного аппарата при различном содержании глины 52
2.4 Аналитическое определение скоростей выноса полезного компонента при загрузке гидротранспортного аппарата 57
2.5 Выводы 72
Глава 3. Исследование и выбор математической модели течения гидросмесей тонкодисперсных редкометальных пород 73
3.1 Типы гидросмесей и модели их течения 73
3.2 Методика проведения исследований 78
3.3 Установление реологических моделей описания кривых течения гидросмеси тонко дисперсных редкометальных пород 81
3.4 Влияние содержания глинистых и тяжелых минералов на реологические характеристики течения гидросмесей 92
3.5 Выводы 98
Глава 4. Разработка технологических схем с использованием гидротранспортирования высоконасыщенных смесей при освоении редкометальных россыпных месторождений 99
4.1 Гидротранспорт редкометальных пород на карьере Вольногорского ГГМК 99
4.2 Перспективы применения гидротранспорта со скважиной гидродобычей в условиях Вольногорского ГГМК
4.3 Технологическая схема разработки Туганского месторождения с применением высоконапорного гидротранспорта в комплексе с СГД 111
4.4. Гидротранспорт чернового концентрата на Иршинскои ГОКе 114
4.5. Применение гидротранспортных аппаратов для формирования штабеля
пород для кучного выщелачивания способом намыва в условиях месторождения Мурзинка 117
4.6 Выводы 123
Заключение 124
Список литература 126
Приложение
- Туганское ильменит-цирконовое россыпное месторождение
- Методика проведения исследований и описание лабораторной установки
- Установление реологических моделей описания кривых течения гидросмеси тонко дисперсных редкометальных пород
- Перспективы применения гидротранспорта со скважиной гидродобычей в условиях Вольногорского ГГМК
Введение к работе
В основу постановки задач и проведения аналитических исследований, составивших содержание данной диссертации, легли работы отечественных и зарубежных исследователей в область разработки технологии освоения редкометальных россыпных месторождений: Смолдырев А.Е., Юфин А.П., Нурок Г.А., Охотин В.В., Александров И.А., Дмитриев Т.П., Дробаденко В. П., Малухин Н.Г., Брюховецкий О.С., Сафонов Ю.К., Гукасов Н.А., Шищенко Р.И., Патрашев А.Н., Караханьян В.К., Хныкин В.Ф., Кочнев А.В., Офенгенден Н.Е., Джваршвейшвили А.Г., Трайнис В.В., Ялтанец И.М., Белов А.А., Виноградов, Г.В., Павлов В.П., Воларович М.П., Ландау Л.Д., Браун Р.У., Андрее У.Ц., Уилкинсон У.Л., Рейнер М. и др.
В настоящее время большое внимание уделяется увеличению добычи редких металлов, что связанно с их постоянной возрастающей потребностью во всех отраслях промышленности. Так, ниобий применяется для легирования нержавеющих жаропрочных, а также конструкционных сталей. Его вводят в сплавы на основе алюминия, меди, магния и т.д. Введение этого металла в сталь в количестве 0,005 - 0,08% приводит к значительному увеличению их механических свойств и компенсирует удорожание за счет снижения массы конструкций и изделий.
В наиболее развитых западных странах (США, Япония, Англия) производство феррониобия за последнее время возрастает на 15 - 17% ежегодно.
Редкометальная промышленность бывшего СССР по данным 1989г. насчитывала на государственном балансе более 80 месторождений титана, циркония, тантала и ниобия, из них около 50 месторождений с балансовыми запасами, причём большинство из них являлись россыпными. В России - это Белозиминское ниобиевое местонахождение, Итмановская (Лукояновская) титано-циркониевые россыпи, Туганское ильменит-цирконовое месторождение
и другие. После распада СССР часть редкометальной промышленности отошла на Украину - Малышевское, Волчамское, Иршинская группа месторождений.
Почти вся разведанная сырьевая база ниобия и тантала (99,8% балансовых запасов категории А, В, С пятиокиси ниобия и 96,7% - пятиокиси тантала) находится на территориях Северного (Мурманская обл.) и Восточно -Сибирского (Иркутская обл.) экономических районов.
Большая часть запасов ниобия (67%) сосредоточена в пирохлоровых рудах Белозиминского месторождения, которое расположено в Тулунском районе Иркутской области и является самым крупным в России и в СНГ; оно же - одно из крупнейших в мире по запасам ниобиевых руд. Ценность его повышается присутствием в промышленных залежах дефицитного в Восточной Сибири апатита, который может извлекаться попутно.
В состав Туганского ильменит-цирконовое месторождения входят Кусковско-Ширяевский и Южно-Александровский участки с различно горнотехническими условиями.
Крупнейшим из действующих редкометальных месторождений на Украине является Малышевское - поставлявшего в годы СССР более 50% от всего производства высококачественного титанового сырья и являвшегося практически единственным поставщиком циркониевой и гафниевой продукции.
Иршинская группа месторождений, представленна различными титановыми каолинизированными россыпями - четвертичные и неогенные, мезокайнозойские и кора выветривования, которые имеют большие разновидности в физико-механических свойствах пород.
По схожим условиям залегания также следует рассмотреть и Пальмникенское месторождение янтаря в районе Калининградской области. Это обоснованно тем, что при разработке янтарного месторождения испытываются те же затруднения, что и при разработке месторождений редких металлов. Промышленная толща - "голубая земля" представлена сильно -глинистами, кварцево-глаукониевыми, слюдистыми зеленовато - темно -
серыми и темно - серыми алевритами и линзами тонкозернистых песков и супесей.
Несмотря на большие различия по физико-механическим свойствам пород (от песка до глины) и по горно-геологическим условиям разработки на всех действующих (перечисленных выше) предприятиях используются средства гидромеханизации в том числе - гидротранспортирование. Часть из них находится в благоприятной горно-технической обстановке, способствующей успешной разработке и добыче средствами гидромеханизации. Однако большинство представлено породами, содержащими глинистые минералы, что в свою очередь затрудняет применение средств гидромеханизации. В первую очередь это сказывается при размыве и транспортировании пород. При этом не реализуется основная предпосылка экономичного гидротранспорта - возможность мощной концентрации грузопотоков при значительных объемах транспортируемых пород. Так, важнейший качественный показатель гидротранспортирования, соотношение между твердой и водной фазой (Т : Ж) - нередко находится в пределах (1 :8-1 : 18) и более. В результате значительного удельного расхода воды повышены энергоемкость процесса и металлоемкость транспортных линий и, как следствие, невысоки производительность и стабильность работы всего транспортно-обогатительного оборудования.
В связи с этим в работе рассматриваются вопросы, связанные с использованием для гидротранспортирования редкометальных пород россыпных месторождений загрузочно-обменных аппаратов, разработанных в МГГА под руководством В.П. Дробаденко, новизна которых подтверждена патентами России, США, Германии, Японии, Индии и других стран. Они позволяют формировать высоконасыщенную стабильную гидросмесь (Т : Ж я 1 : 3 -т- 1 : 5) и успешно апробированы для наземного гидротранспорта на горно-обогатитетельных комбинатах России, СНГ и прошли опытные испытания в ЮАР и Шотландии. В целях гидроподъема аппараты испытывались Лукониной
О.А. в акватории г. Новороссийска на Черном море [37] и исследовались Марковским К.Ю. для глубоководного опробования. [40]
В настоящее время выполнен рабочий проект использования загрузочно-обменных аппаратов для кучного выщелачивания, когда штабель формируется методом намыва (золотосодержащее месторождение Мурзинка (Алтай), Навоинский ГМК (Узбекистан).
Однако, присутствие значительного количества глинистых частиц в исходных породах осложняет работу как самого загрузочно-обменного аппарата, из-за значительного выноса тонкодисперсных частиц при загрузке установки пульпой, так и всей гидротранспортной магистрали (пульповода), вследствие проявления в подаваемой высоконасыщенной гидросмеси реологических свойств. Движущиеся потоки при этом могут быть структурными, тонкодисперстными и полидисперстными гидросмесями. Наличие в них до 80 - 90% тонких классов при достижении высоких концентраций потоков способствует образованию двойственной структуры, которая обладает одновременно свойствами гетерогенного и гомогенного потоков.
Цель диссертационной работы. Повышение эффективности гидротранспортирования редкометальных глинистых пород россыпных месторождений за счет формирования и транспортирования высоконасыщенных гидросмесей.
Основная идея работы - повышение эффективности работы
гидротранспорта достигается совершенствованием технологии
транспортирования редкометальных тонкодисперсных и полидисперсных пород и реализацией оптимальных режимов загрузки гидротранспортного аппарата.
Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи исследований:
Определение физико-механических и водных свойств продуктивных отложений редкометальных россыпей, обуславливающих эффективность использования гидротранспортирования и установление их классификационных характеристик.
Выявление реологических характеристик гидросмесей различной плотности,
образованных тонкодисперсными редкометальными породами.
Установление влияния содержания пылевато-глинистых и тяжелых минеральных частиц на реологические характеристики гидросмесей.
Выявление оптимальных режимов загрузки гидротранспортного аппарата с учетом выноса тонкодисперсных частиц.
Установление зависимостей оптимального коэффициента заполнения камеры от состава гидросмесей и режима их подачи в гидротранспортный аппарат.
Выявление закономерностей влияния содержания тяжелых минералов на энергоемкость течения гидросмесей различной плотности.
Разработка рациональных технологических схем загрузки
гидротранспортного аппарата редкометальными тонкодисперсными
породами.
Методы исследования. Для решения поставленных задач был использован комплексный метод исследований, включающий анализы зарубежной и отечественной литературы по теории и практике гидротранспортирования, аналитические и экспериментальные исследования, которые проводились с использованием теории планирования экспериментов и методов статистической обработки полученных результатов.
Объектами исследований являлись породы коры выветривания тантало-ниобиевого Белозиминского месторождения, ильменит-циркониевого Туганского и Малышевского месторождений, редкометальные пески и хвосты обогащения Иршинской группы месторождений.
Научные положения, выносимые автором на защиту:
Количество выносимого с жидкостью ценного компонента при загрузке гидротранспортного аппарата должно ограничиваться допустимой транспортирующей способностью восходящего потока в объеме камеры этого аппарата, что определяет потери при выносе полезного компонента с учетом вязкости и плотности несущей среды.
Гидротранспортирование редкометальных, высоконасыщенных гидросмесей, обычно описываемых моделью течения Шведова-Бингама, при скорости сдвига выше 50-80 с"1 и содержании пылевато-глинистых частиц более 40% перестает давать точную модель течения, вследствие чего, наибольшая достоверность моделируется двустепенным законом течения.
Увеличение плотности гидросмеси с 1150 до 1300 кг/м обуславливает рост напряжений сдвига в 3 раза, при плотности 1300-1500 кг/м3 - в 9 раз, т.е. процесс гидротранспортирования становиться нецелесообразным с энергетической точки зрения.
Научная новизна исследований заключается в совершенствовании методов гидротранспортирования редкометальных высоконасыщенных смесей аппаратами вихревого пульпоприготовления; выявлении закономерностей реологического описания движения этих гидросмесей с учетом их энергетической эффективности.
Таким образом: 1. Выявлены реологические модели течения тонкодисперсных гидросмесей, образованных редкометальными породами россыпных месторождений в зависимости от содержания в них пылевато-глинистых частиц, тяжелых минералов и объемной концентрации смеси, позволяющие математически оценить поведение редкометальных тонкодисперсных гидросмесей при их движении.
Установлены закономерности течения гидросмесей различной плотности в качестве вязко-пластичной несущей среды для транспорта (переноса) тяжелых минералов.
Установлены зависимости энергоемкости течения гидросмесей различной плотности от содержания в них ценного компонента.
Выявлена величина критической плотности гидросмеси, с превышением которой гидротранспортирование сопровождается резким ростом напряжений сдвига, соответственно, увеличением гидравлических сопротивлений и энергоемкости процесса.
Теоретически и экспериментально установлены оптимальные скорости загрузки массообменной емкости гидротранспортной установки обеспечивающие минимальный вынос в слив тяжелых минералов и глинистых частиц.
Экспериментально установлен оптимальный коэффициент заполнения камеры гидротранспортного аппарата, с превышением которого начинает происходить вынос частиц ценного компонента.
Практическая ценность работы заключается в том, что проведение теоретических и экспериментальных исследований позволили:
разработать рациональные технологические схемы загрузки гидротранспортного аппарата редкометальными тонкодисперсными породами;
выявить параметры транспортирования редкометальных высоконасыщенных тонкодисперсных гидросмесей с учетом реологических моделей их течения;
установить оптимальный режим загрузки гидротранспортного аппарата тонкодисперсным материалом, характеризующийся коэффициентом заполнения камеры, с превышением которого происходит вынос тяжелых минералов.
Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались на второй международной научно-практической конференции
«Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых на рубеже ХХ-ХХІ веков», международных конференциях «Новые достижения в науках о земле» в 1996-2002 г.
Реализация результатов работы. Полученные научные результаты и разработанная методика расчета приняты для разработки технологического регламента при проектировании гидротранспортных систем на горнообогатительных предприятиях.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано пять печатных статей, в которых раскрываются теоретические положения и результаты проведенных экспериментальных исследований.
Туганское ильменит-цирконовое россыпное месторождение
В состав Туганского месторождения входят Кусковско-Ширяевский и Южно-Александровский участки с различно горно-техническими условиями. Различие горно-геологических условий участков определяют различие технологий их разработки.
Кусковско-Ширяевский участок имеет протяженность около 13000 м. и ширину от 600 до 2200 м. Мощность вскрыши колеблеться от 8,0 до 88,0 м. (в среднем около 50,0 м.), мощность рудного пласта - от 7,0 до 21,0 м. вскрышные породы участка на 75% площади имеют скальный пропласток с коэффициентом крепости по шкале Протодьяконова f = 8. Мощность его достигает 7,0 м. Для разработки участка на вскрышных работах применяется несколько высокопроизводительных роторных комплексов и шагающих экскаваторов. Проводимые МГГА опытно-промышленные исследования показали, что перспективным направлением в этих условиях является использование скважинно-гидравлической добычи (СГД) с последующей доставкой добычных рудных песков гидротранспортированием на обогатительную фабрику. [7]
В гидрогеологическим отношении Южно-Александровский участок является простым. Протяженность россыпи 2250 м, ширина изменяется от 290 до 1060 м. Мощность рудного пласта изменяется от 1,4 до 14,0 м. (в среднем 7,0 м.), а вскрышного от 0 до 15,0 м. (в среднем 5,1 м). Промышленный пласт обводнен только в своей нижней части на 20-50% своей мощности. Подстилающие продуктивный пласт породы средне и крупнозернистые песок. Проводимые МГГА опытно-промышленные исследования показали возможность применения при разработке Южно-Александровского участка экскаваторно-гидравлического способа с применением высоконапорного гидротранспорта высоконасыщенной гидросмеси. [7] Данный способ разработки является целесообразным исходя из проведенного анализа физико-химических свойств пород.
Породы вскрыши Южно-Александровского участка представлены двумя горизонтами суглинков, между которыми залегают пески. Мощность суглинков от 0,2-5,0 м, песков, представленных среднезернистой массой с глинистой частью в размере 6%, от 5,0 до 10,0 м. Угол откоса суглинков в естественных склонах высотой 3,0-7,0 м. составляет 60, а пески держат вертикальный откос при высоте уступа до 2,0 м. коэффициент по шкале крепости Протодьяконова f=0,5.
Наряду с изучением физико-химических свойств песков промышленного пласта Южно-Александровского участка были выполнены анализы проб промышленного пласта Туганского месторождения. [7] Изучение гранулометрического состава (табл. 1.7) показало, что первая проба представлена , в основном, классом -0,25 мм (выход в пробе составил 99,9%), а вторая проба содержит более крупные классы: +0,5 мм - 64,93% и -0,5+0,1 мм - 28,04%.
Химический анализ исследуемых проб выявил следующие отличия по содержанию основных компонентов (табл. 1.7). Так, первая проба характеризуется более высоким содержание Ті02 - 3,6% , в то время, как во второй пробе его содержится лишь 0,15%). Вторая проба отличается более высоким содержанием Si02 - 97,0%. Таблица 1.7
Изучение распределения основных компонентов по классам крупности показало, что мелкие классы (-0,074 +0,05 мм и -0,05 мм) содержат большее количество Fe203 и Ti02 , особенно в первой пробе. Поэтому классификация исходного материала пробы по классу -0,074 мм позволяет выделить класс -0,074 мм, содержащий 8,74% Ре20з и 23,32%) Ті02 при извлечении в него 64,88%о Fe203 и 65,34%о Ті02. Выход этого класса составт порядка 9,74%. В этох же условиях из второй пробы возможно выделить мелкий класс -0,074 мм с содержанием 1,18% Fe2C 3 и 0,75%о ТЮ2 при извлечении в него 14,98%) Ре20з и 14,79%) Ті02. Выход данного класса составит 2,97%. 1.3 Иршинская группа каолинизированных ильменитосодержащих месторождений.
Для исследования структурных и вязкостных свойств каолинизированных гидросмесей с повышенным содержание глинистых частиц использовались породы, цементирующей составляющей которых является каолин. Он имеет различную цветовую окраску и отличается по генезису, составу и свойствам. По данным признакам и по окраске, преобладающей в породах, они были подразделены на белые, желтые, зеленые и серые группы каолинов. Сводные данные о физико-механических и водных свойствах представлены в табл. 1.8.
Полный спектральный анализ каолинизированных пород показал, что основными наиболее представительными элементами в них являются алюминий, кремний, железо и титан. Таким образом, было установлено содержание во всех образцах пород четырех основных окислов - А1203, Si02, Fe203, ТЮ2. (табл. 1.9).
Методика проведения исследований и описание лабораторной установки
С целью исследования характера потерь ильменита в процессе загрузки камер в зависимости от содержания в гидросмеси глинистых частиц, были проведены лабораторные исследования по изучению параметров работы гидротранспортного аппарата. Для проведения исследований были приготовленны пробы с различным содержанием соответственно глинистых частиц и Ті02. Исследования проводились во всем диапазоне рабочих скоростей при различных содержаниях Ті02 и глины в гидросмеси различной плотности. Содержание глинистых частиц в пробе изменялось от 15% до 45%. Плотность загружаемой гидросмеси колебалась в зависимости от пробы, от 1700 кг/м до 1900 кг/м , что обусловлено в основном увеличением содержания частиц класса - 0,05 мм.
В ходе проведения исследований решались следующие задачи: 1. Определение оптимальной скорости загрузки в зависимости от коэффициента заполнения рабочей емкости; 2. Получение выводов о наличии оптимальной зоны в диапазоне скоростей загрузки аппарата, при работе в которой будет осуществляться не только минимальный вынос ильменита, но, одновременно, и максимальный вынос глинистых частиц. Лабораторные исследования проводились на гидротранспортной установке (рис. 2.3) состоящей из двух загрузочно-обменных емкостей, водоводных и пульповодных силиконовых шлангов (внутренний диаметр 18 мм), центробежного насоса «Кама» (Qnacn=0,5 10" м /с, Нпасп=20 м.), запорной арматуры и манометра (Р=2 кГс/см ).
Емкости гидротранспортного аппарата были изготовлены из оргстекла и имели следующие габаритные размеры: высота - 0,35 м., диаметр - 0,07 м . Объем каждой емкости равен 0,0054 м . (рис. 2.4)
Были подготовлены пробы объемом 3,4 л.; 3,8 л. и 4,5 л. в зависимости от коэффициента заполнения рабочей емкости гидротранспортного аппарата, соответственно для 75%, 85% и 100%. Также, для каждой пробы изменялось и содержание глинистой фракции. Проба загружалась в первую загрузочно-обменную емкость, заполненную водой. Затем осуществлялось переключение соответствующей запорной аппаратуры 5 и производилась перекачка гидросмеси по пульповоду 2 во вторую емкость.
Загрузка емкости аппарата осуществлялась гидросмесью с различным содержанием глинистых и минеральных частиц (Ті02). Спектр скоростей гидросмеси при загрузке составлял 0,2-1,5 м/с при содержании Ті02 10% , а глины от 15% до 45%. При этом процесс выноса минеральных частиц исследовался при предельных объемах загруженного твердого, составляющего 75, 85 и 100% от общего объема емкости аппарата..
Исследования показали, что при скоростях загрузки не более 0,2 м/с, потери Ті02 невелики (рис. 2.5) и составляют не более 2%. При увеличении текущих скоростей загрузки до 1,0 м/с потери минеральных частиц при выносе составили 7% и 12% при соответствующей степени заполнения твердым емкости аппарата в 75% и 100%.
Транспортирующая способность восходящего потока в объеме камеры аппарата значительно увеличилась при загрузке глинистой минерализованной гидросмеси. Присутствие глины в гидросмеси в количестве 15% (рис. 2.6) привело к потерям ильменита на сливе до 1% от исходного содержания при скорости загрузки 0,1 м/с (степень заполнения емкости аппарата составляла 75%). Следует заметить, что сокращение того же уровня потерь ильменита при выносе в 1%, при изменении степени заполнения емкости аппарата до 85% и 100% привело к необходимости уменьшения скоростей загрузки до 0,12 м/с и 0,05 м/с соответственно.
Повышение содержания глины в объеме загружаемой в гидротранспортный аппарат минерализованной гидросмеси до 30-45%) значительно изменило режим и интенсивность выноса при сливе осветленной жидкости из аппарата (рис. 2.7, 2.8). Так, при повышенном содержании глины в загружаемой гидросмеси до 45%, транспортирующая способность потока слива возрастала до такой степени, что выносился из камеры аппарата почти весь ильменит (до 80% ), вне зависимости от степени загрузки камеры твердым в 75%, 85%
Установление реологических моделей описания кривых течения гидросмеси тонко дисперсных редкометальных пород
У промышленных песков пород коры выветривания Белозиминского месторождения и, а также гидросмесей большой плотности некоторых типов каолинизированных пород характер течения соответствует поведению ньютоновских жидкостей. К ним могут быть отнесены гидросмеси охры и обохренной сыпучки, желтого и зеленого каолинов, серого каолина и светлозеленого. Содержание мелко дисперстных частиц по всему объему гидросмеси изменялось от 6,5 до 9,0%) (или от 14%) до 19,5% по массе гидросмеси) .
Неньютоновский характер течения присущ остальным типам гидросмесей. Наиболее ярко выраженные реологические свойства присущи гидросмесиям белого и желтого каолинов, гидросмесям охры повышенной плотности.
Значительно меньшие по величине действующие напряжения сдвига т соответствуют режимам течения серого и светло-зеленого каолинов, обохренной сыпучки, зеленые занимают среднее промежуточное положение.
Для всех типов гидросмеси наблюдается возрастание значений напряжения сдвига, а соответственно и эффективной вязкости с повышением плотности гидросмеси, что обусловлено в основном увеличением содержания частиц -0,05 мм. [65]
Однако, с увеличением в смеси количества тяжелой фракции рост напряжений сдвига с увеличением плотности гидросмеси существенно снижается. Описанием кривых моделью Шведова - Бингама было показано, что во всем диапазоне скоростей эти зависимости носят более сложный, нелинейный характер (рис. 3.2а) Для аппроксимации кривых течения была использована степенная модель с константами кип. Для определения реологических констант кип графики течения исследованных гидросмесей были построены в логарифмических координатах: на оси абсцисс откладывалось значение lg(y), а на оси ординат lg(x). Если при этом полученные точки располагались приблизительно на одной прямой, то графики течения T = k-yn, представленные в логарифмических координатах, где степенная модель принимает линейный вид (рис. 3.26), описываются линейным уравнением lg(x) = lg(k) + n lg(y).
Для всех исследованных разновидностей гидросмесей по суммарному квадратичному отклонению Ест была произведена оценка распределения полученных значений напряжений сдвига х в зависимости от скорости сдвига для двух функций. Результаты показали, что во всех случаях суммарное квадратичное отклонение значений напряжений сдвига от степенной функции меньше, чем от линейной. Однако, как указывалось выше, при построении кривых течения в логарифмических координатах был предварительно определен их двустепенной характер течения с граничной скоростью сдвига уг« 121,5с"1.
Кривые течения высокоглинистых гидросмесей оцениваются по двум интервалам раздельно для Бингамовской или степенной модели. Причем первый отрезок соответствует скоростям сдвига у = 1н- уг, а второй у уг . Для этих двупараметрических моделей течения вновь было определено суммарное квадратичное отклонение экспериментальных значений всех исследуемых типов гидросмесей (табл. 3.2). Результаты показали, что в 19 случаях величина суммарных квадратичных отклонений Еа экспериментальных данных от Бингамовской модели течения меньше, чем от степенной. При этом очевидно, что порядок распределения действий матеметической модели Шведова - Бингама носит случайный характер. Поэтому для окончательного вывода о применимости того или иного закона описания графиков течения гидросмеси и определения для них соответствующих реологических констант проводился регрессионвный анализ с определения коэффициента корреляции. Анализ проводился по линейной и степенной моделям течения раздельно по каждому интервалу: у = 1,0-г-121,5 с 1, у = 121,5 + 437,4 с 1. Для этого была разработана специальная программа для расчетов на ЭВМ.
В ходе анализа применимости Бингамовской модели течения изучалась линейная регрессия вида у=А+Вх, т.е. зависимость между результирующим признаком у=т и наблюдавшимся признаком х=у. Тогда функция у(х) аппроксимируется по методу наименьших квадратов линейной функции вида т=к+п-у. С помощью программы вычислялись следующие величины: коэффициент п и свободный член регрессии к; для выявления связи между вариацией факторного признака у и вариацией результирующего признака х дисперсии S2y, измеряющей общую вариацию за счет действия всех факторов и дисперсии S х, измеряющей вариацию результативного признака т за счет факторного признака у; остаточная дисперсия S2, характеризующая вариацию признака х за счет всех факторов, кроме у, т.е. при исключении у.
Перспективы применения гидротранспорта со скважиной гидродобычей в условиях Вольногорского ГГМК
Для горно-технических условий Вольногорский ГГМК институтом «ГИРЕДМЕТ» была разработана технологическая схема гидротранспортирования и составлен проект опытно-промышленных работ. Технологическая схема включала в себя: гидродобычный агрегат, с помощью которого осуществляется выемка и подъем полезного ископаемого на поверхность, и обогатительный комплекс, устанавливаемый в районе гидродобычи с целью предварительного обогащения и обезвоживания (подаваемая от СГД гидросмесь колеблется в пределах 4-9%). Комплекс (рис. 4.7) состоит из: гидроциклона 1-ой ступени, классификатора, гидроциклона П-ой ступени, установки окончательного обезвоживания и ковейера для загрузки получаемого чернового концентрата в автотранспорт.
Недостатками предлагаемой системы являются: большое разнообразие применяемого оборудования для предварительного обогащения и обезвоживания на рабочей площадке СГД; большая металлоемкость; использование автотранспорта для доставки концентрата на обогатительную фабрику, работа которого в значительной степени зависит от погодных условий; неизбежные потери полезного ископаемого при обогащении на передвижном обогатительном устройстве. При загрузке рабочих емкостей гидросмесью, подаваемой гидродобычным агрегатом СГД, происходит сгущение ее за счет слива жидкости, вытесняемой осаждающимися твердыми частицами. Это позволяет исключить применение обезвоживателей и обогатительных установок на месте добычи. Слив из рабочих емкостей осуществляется в аккумулирующую камеру, что способствует дополнительному осаждению дисперсных частиц и полноте извлечения полезного ископаемого при гидротранспорте на обогатительную фабрику. Слив жидкости из аккумулирующей емкости поступает в пруд-отстойник, где происходит осветление загрязненной воды и подача ее к насосу гидротранспортной установки. Предлагаемая технологическая схема включает в себя (рис. 4.8): гидродобычной агрегат (ГДА), рабочие камеры, бункера с загрузочным устройством, аккумулирующие емкости, пруд-отстойник и насос - подающий воду в ГДА и в гидротранспортную установку.
К преимуществам этой схемы относятся: сокращение численности рабочих (по обслуживанию обогатительной установки, водителей БЕЛАЗов и др.); уменьшение количества разнотипного оборудования; значительное упрощение транспортной схемы; возможность попутного обогащения в процессе транспортировки и увеличение полноты извлечения минералов. Предлагаемая технология реализована в проекте института «Гиредмет» [25], разработанного на основе технологического регламента МГГА. [65]
Технологическая схема СГД (рис. 4.7) предусматривает следующий порядок рудных песков. В пробуренные скважины опускаются гидродобычные агрегаты, с помощью которых производиться размыв рудных песков и гидротранспортирование их на поверхность россыпи. После обезвоживания рудные пески конвейером загружаются в автосамосвалы и доставляются на обогатительную фабрику. Слив при обезвоживании рудных песков поступает в пруд-отстойник. Осветленная вода высоконапорными насосами подается в гидродобычные агрегаты. Применение СГД в значительной степени сокращает разновидность технологического оборудования, устанавливаемого на производстве вскрышных и добычных работ, а также устраняет необходимость проведения буровзрывных работ при отработке скального пропластка. [35,36]
Наиболее перспективным является замена автотранспорта на доставке рудных песков на обогатительную фабрику на высоконапорный гидротранспорт с использованием загрузочных аппаратов с вихревым пульпоприготовлением. Применение высоконапорного гидротранспорта высоконасыщенной гидросмеси при скважинной гидродобыче значительно упрощает технологическую схему отработки месторождения. По указанной схеме (рис. 4.8) гидросмесь от добычных аппаратов поступает в бункер с загрузочным устройством (5), из которого распределяется по загрузочным бункерам (3). Слив из загрузочных емкостей направляется в промежуточную аккумулирующую емкость (4) и далее в пруд отстойник (6). Разгрузка загрузочных аппаратов и транспортирование высококонцентрированной гидросмеси на обогатительную фабрику производиться высоконапорными насосами.
Загрузка чернового концентрата в рабочие емкости установки предполагалась низконапорным грунтовым насосом. Этот способ наиболее согласуется с существующей технологией обогащения и доводки; загрузка породами естественной влажности является более перспективной для установки с большой производительностью. Реализация первого способа, с загрузкой емкостей гидросмесью, возможна в нескольких вариантах технологических схем подачи концентрата с гидротранспортом, отличающихся использоваемым оборудованием, способом и местом усреднения концентрата.
Схема 1 подачи (рис. 4.9а) концентрата может включать в себя два зумпфа, принимающие весь концентрат с обогатительной фабрики, грунтовой насос (с резервным агрегатом), трубопроводы загрузки емкостей и слива воды, магистральный пульпопровод, усреднительный склад с водоотводными канавами, погрузчик, которым производится доставка обезвоженного концентрата (с его усреднением) в приемный бункер фабрики.
Усреднение и перегрузка концентрата из штабелей на доводочную фабрику возможна также конвейерами. По сравнению с существующей схемой подачи и усреднения чернового концентрата этот вариант исключает использование автотранспорта и экскаватора. Весь концентрат перекачивается по трубопроводу и складируется в отдельные штабеля для усреднения в непосредственной близости от доводочной фабрики.
В другом варианта (рис. 4.96) сохранена схема усреднения концентрата на обогатительной фабрике, но с погрузкой его экскаватором в зумпф загрузочного насоса гидротранспортной установки. Перекаченный по трубопроводу усредненный концентрат намывается на склад меньшей площади (чем в первом варианте) вблизи доводочной фабрики. Из склада концентрат доставляется на доводку погрузчиком.
