Введение к работе
Актуальность работы. Постоянный рост потребностей промышленности и развитие горно-металлургической отрасли требует непрерывного увеличения добычи и переработки полезных ископаемых, без использования которых, современная индустрия не может полноценно функционировать. Между тем, большая часть месторождений наиболее богатых и легкообогатимых руд отработана еще в XX веке, поэтому проблема вовлечения в переработку труднообогатимых руд и накопившихся за долгое время техногенных отходов становится особенно актуальной.
Одновременно постоянно повышаются требования по снижению энергоемкости, уменьшению себестоимости и обеспечению экологической чистоты обогатительного передела. Один из основных методов обогащения – гравитационный, как раз и является наиболее дешевым, высокопроизводительным и наносящим минимальный вред окружающей среде. Недостатком, ограничивающим применение гравитационного метода, является сравнительно низкая эффективность разделения тонких фракций руд и материалов. В этих условиях основным направлением развития гравитационного обогащения стало теоретическое обоснование, разработка, а также применение новых технологий и аппаратов для обогащения мелкозернистых материалов.
Одним из путей интенсификации процесса разделения тонких фракций руд и материалов является создание и использование центробежных или гравитационно-центробежных аппаратов, в частности, сконструированных на основе круглых концентрационных столов.
Решением данной проблемы в разные годы занимались В.А. Рундквист, И.М. Абрамович, Б.В. Кизевальтер, Е.Н. Вишневский, И.Н. Исаев, Л.А. Вайсберг, А.М. Дан, Л.Ф. Суббота, А.В. Богданович, К.В. Федотов, А.В. Фатьянов и др. Благодаря их трудам создана развитая научная база гравитационного обогащения. Большой объем проделанных научно-исследовательских работ позволил достичь решения таких важнейших и связанных между собой проблем как повышение точности разделения руд и материалов на составляющие их компоненты, увеличение технологических показателей процесса обогащения, создание высокоэффективных гравитационных аппаратов и др. Однако достигнутый уровень не во всех случаях позволяет решить вопрос извлечения наиболее мелких классов, в которых зачастую содержатся ценные компоненты.
Работа выполнена в рамках государственного контракта № 02.525.11.5004 «Разработка экологически безопасных комбинированных физико-технических и физико-химических технологий добычи и комплексной переработки руд» от 14.06.07 и в рамках гранта Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ РФ (научная школа «Энергоэффективные технологии дезинтеграции и концентрации минерального и техногенного сырья», № НШ-2372.2012.5 от 01.02.12).
Цель работы. Научное обоснование и разработка технических решений, позволяющих повысить эффективность разделения тонких фракций руд и материалов.
Идея работы. Для повышения эффективности гравитационного обогащения тонкодисперсных материалов необходимо использование процесса гравитационно-центробежной сепарации.
Задачи работы:
-
Обзор и анализ известных технических решений, применяемых для гравитационного обогащения тонких фракций руд и материалов;
-
Разработка и усовершенствование конструкций гравитационно-центробежных аппаратов на основе круглых концентрационных столов;
-
Исследование динамики поведения тонких частиц в рабочих зонах этих обогатительных аппаратов;
-
Экспериментальное определение технологических показателей процесса обогащения мелких материалов в зависимости от режима работы круглого концентрационного стола;
-
Проведение опытно-промышленных испытаний технологии обогащения золотосодержащей руды с применением усовершенствованных конструкций гравитационно-центробежных аппаратов.
Методы исследований. В работе были использованы экспериментальные и теоретические методы исследований. Экспериментальные методы использовались для проведения технологических исследований в лабораторном и опытно-промышленном масштабах. При постановке опытов и обработке экспериментальных данных применялись методы математической статистики, а также стандартные и специализированные компьютерные программы.
Научная новизна:
-
Установлено, что эффективным способом создания гравитационно-центробежной силы является вращательное ассиметрично-реверсивное движение деки, которое может быть использовано для совершенствования конструкции круглого концентрационного стола;
-
Установлена зависимость эффективности разделения материалов от технологически значимых факторов работы усовершенствованной конструкции гравитационно-центробежного аппарата, что позволило выявить в дополнение к известным рабочим характеристикам концентрационных столов высокую значимость частоты и размаха колебаний круглой деки стола которые задают скорость и ускорение прямого и обратного вращения.
Защищаемые положения:
-
С целью повышения эффективности обогащения тонких фракций руд и материалов при применении гравитационно-центробежной сепарации в круглых концентрационных столах следует использовать реверсивно-ассиметричное движение деки, что обеспечивается совокупностью различных конструктивных и технологических решений.
-
Для достижения высоких технологических показателей обогащения мелких материалов при использовании усовершенствованных конструкций круглых столов следует производить подбор режимов их работы, таких как частота и размах колебаний деки стола, расход смывной воды и удельная производительность.
Практическая значимость работы:
-
Применение усовершенствованных конструкций гравитационно-центробежных аппаратов в практике обогащения руд, содержащих тонкие фракции ценных компонентов, позволяет повысить эффективность их разделения, что имеет особое значение при извлечении дорогостоящих материалов (например, золотосодержащих руд).
-
Применение принципа создания гравитационно-центробежного поля при вращательном реверсивно-ассиметричном движении деки позволяет улучшить технологические показатели при его использовании в новых конструкциях обогатительных аппаратов;
-
Методические, теоретические и технологические материалы диссертации дополняют соответствующие разделы лекционных курсов и лабораторных практикумов «Гравитационные методы обогащения», «Основы обогащения полезных ископаемых» и др. для подготовки инженеров-обогатителей по специальности 130405 – Обогащение полезных ископаемых.
Степень обоснованности и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации. Полученные результаты соответствуют теоретическим основам гравитационного процесса обогащения на концентрационных столах. Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается их статистическим анализом и метрологической оценкой и подтверждается сходимостью теоретического анализа с результатами лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний, а также использованием высокотехнологичных современных специализированных и стандартных программных пакетов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийской научно-практической конференции «Инновационное развитие горно-металлургической отрасли» (2009, г. Троицк Московской обл.), на научных симпозиумах «Неделя горняка 2010», «Неделя горняка 2011» (2010-2011, Москва, МГГУ), международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (2010, г. Екатеринбург), международных форумах молодых ученых "Проблемы недропользования" и "Полезные ископаемые России и их освоение" (Санкт-Петербург, СПГГУ, 2009-2010), а также на международных студенческих сессиях научных работ в Кракове (2009-2010) и 61-ой международной научной конференции «День горняка и металлурга» (2010, г. Фрайберг, Германия). Работа получила премию Правительства Санкт-Петербурга в 2010 и 2011 гг.
Личный вклад автора состоит в определении цели и задач исследования, обосновании направления и методов решения поставленных задач, разработке методик проведения исследований, в организации и проведении лабораторных и опытно-промышленных экспериментов, обработке и анализе полученных результатов, разработке новых конструкций гравитационно-центробежных сепараторов, а также в апробации результатов и их подготовке к публикации.
Автор выражает благодарность научному руководителю член – корреспонденту РАН, доктору технических наук, профессору Вайсбергу Л.А., а также сотрудникам института «Механобр» за внимание, поддержку и содействие.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 25 печатных работ, из них 6 работ в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования России и 6 патентов на изобретение
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка и 1 приложения. Работа изложена на 175 страницах машинописного текста, содержит 45 таблиц, 51 рисунок. Библиография включает 105 наименований.
