Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние по добыче золота и технологии рудоподготовки в мире 9
1.1 Анализ мировой минерально-сырьевой базы золота 9
1.2 Основные тенденции развития и оптимизация технологических схем рудоподготовки золотоизвлекательных фабрик 19
1.3 Существующие методики по определению прочностных свойств руды 28
1.4 Выводы по первой главе 46
2 Методы моделирования дробильно-измельчительного оборудования 47
2.1 Математическое моделирование дробильно-измельчительного оборудования 47
2.2 Фундаментальное математическое моделирование методом дискретных элементов 74
2.3 Выводы по второй главе 82
3 Методика расчета математической модели мельницы самоизмельчения или полусамоизмельчения 83
3.1 Основное уравнение модели 83
3.2 Принимаемая исходная крупность питания 84
3.3 Продукт разгрузки (функция разгрузки) 85
3.4 Процесс измельчения (функция разрушения) иинтенсивность измельчения (функция скорости разрушения) 92
3.5 Потребляемая мощность двигателя 99
3.6 Динамика движения измельчающей среды и прогнозирование эффективности процесса ударного разрушения 102
3.7 Выводы по третьей главе 108
4 Экспериментальное исследование прочностых свойств золотосодержащей руды 109
4.1 Общая характеристика объекта исследования 109
4.2 Принятые методики экспериментального исследования 112
4.3 Результаты экспериментальных исследований прочностных свойств золотосодержащей руды 120
4.4 Модификация методики теста падающего груза 128
4.5 Степень ударного разрушения частиц в слое 138
4.6 Выводы по четвертой главе 143
5 Моделирование и обоснование предлагаемой схемы измельчения золотосодержащей руды 144
5.1 Компьютерное моделирование двухстадиальной схемы измельчения 144
5.2 База данных прочностных параметров золотосодержащих руд 163
5.3 Расчет общей удельной энергии двухстадиальной схемы измельчения 170
5.4 Выводы по пятой главе 172
Заключение 173
Список литературы 175
- Основные тенденции развития и оптимизация технологических схем рудоподготовки золотоизвлекательных фабрик
- Фундаментальное математическое моделирование методом дискретных элементов
- Продукт разгрузки (функция разгрузки)
- Результаты экспериментальных исследований прочностных свойств золотосодержащей руды
Введение к работе
Актуальность
Рудоподготовка является одним из энергоемких и дорогостоящих процессов переработки руд и во многом определяет показатели обогащения.
Научно-технический прогресс в области технологических
процессов рудоподготовки, включающей операции дробления,
грохочения, измельчения и классификации предусматривает
разработку научно-обоснованных методов проектирования и
управления процессами. Это требует установления количественных
соотношений между основными параметрами процессов
определяемых с помощью специальных расчетов или
моделирования, базирующихся на выявленных общих
закономерностях процессов разрушения и разделения продуктов по крупности.
Развитию теории и технологии рудоподготовки посвящены исследования многих отечественных и зарубежных авторов, среди который следует отметить С.Е. Андреева, Е.Е. Андреева, Ю.Э. Аккермана, В.Ф. Баранова, Д. Баррета, Л.Ф. Биленко, Ф. Бонда, А.В. Бортникова, С. Бродбента, Л.А. Вайсберга, Б. Вайтена, А.И. Загустина, Р.П. Кинга, В.Л. Кирпичев, А. Дж. Линча, К. Луана, П.В. Малярова, Б.К. Мишра, С. Моррелла, Т.Дж. Нэйпер-Манна, В.А. Олевского, В.А. Перова, Р.К. Раджимани, К.А. Разумова, П.А. Ребиндера, Ч.А. Роуланда, Е.Е. Серго, Дж. Старки, О.Н. Тихонова, В.В. Товарова, Р.Т. Хукки, С.Ф. Шинкоренко, Б. Эпстайна, К.Л. Ястребова, В.П. Яшина и др.
Таким образом, разработка новых подходов повышения
эффективности технологических схем с использованием
математического и компьютерного моделирования является актуальной задачей, решение которой позволит снизить затраты на проектирование и оптимизацию технологических схем и повысить эффективность с позиции свойств руд.
Цель работы
Разработка и обоснование технологической схемы
измельчения золотоизвлекательной фабрики при минимизации энергопотребления с позиции подготовки сырья к последующему
обогатительному переделу с использованием экспериментально-теоретических исследований и компьютерного моделирования.
Идея работы
Комплексный подход, включающий исследования физико-механических характеристик руд и компьютерное моделирование с использованием параметров, полученных экспериментальным путем, для обоснованного выбора технологических решений по рудоподготовке.
Основные задачи исследований
-
Анализ современных технологических схем рудоподготовки золотоизвлекательных фабрик и критериев выбора основного технологического оборудования на стадии проекта.
-
Классификация лабораторных методов исследования физико-механических свойств руд на основании которых рассчитываются или моделируются параметры измельчительных аппаратов.
-
Систематизированный анализ современных математических моделей и методов компьютерного моделирования, в области технологий рудоподготовки.
-
Методика комплексного расчета, параметров работы мельницы самоизмельчения/полусамоизмельчения с учетом динамики движения измельчающей среды.
-
Проведение экспериментально-теоретических исследований, направленных на изучение прочностных свойств руды с целью определения требуемых параметров, для последующего расчета и моделирования измельчительного оборудования.
-
Компьютерное моделирование предлагаемой технологической схемы измельчения предназначенной для переработки исследуемой золотосодержащей руды с целью обоснования эксплуатационного режима работы основного оборудования.
Методы исследований
Включают комплекс существующих экспериментальных и
теоретических исследований и компьютерного моделирования,
направленных на расчет и оптимизацию работы основного
технологического оборудования рудоподготовки.
Экспериментальная оценка физико-механических свойств руды
выполнена с использованием современных методов лабораторного
тестирования. Обработка статистических показателей и
экспериментальных результатов производилась с использованием
современных специализированных программ, имеющих
многофункциональную систему по работе с массивами данных.
Научная новизна
-
Обоснована модификация методики экспериментального определения параметров функции разрушения с учетом типа строения исследуемой золотосодержащей руды.
-
Установлены зависимости между энергетическими параметрами процесса измельчения и прочностными свойствами золотосодержащих руд, используемые при расчетах оборудования циклов рудоподготовки.
-
Предложена методика расчета по прогнозированию эффективности процесса ударного разрушения в мельницах самоизмельчения или полусамоизмельчения.
-
Обоснован энергоэффективный режим работы двухстадиальной схемы измельчения, обеспечивающий требуемую крупность продукта, в зависимости от технологических параметров оборудования.
Основные защищаемые положения
-
Для прогнозирования технологических показателей работы мельниц самоизмельчения/полусамоизмельчения используется подход включающий систематизацию прочностных свойств руды, учет доли слоистого типа строения горной породы и экспериментально определенные параметры модели на основе модифицированной методики теста падающего груза.
-
Для оценки эффективности процесса ударного разрушения в математической модели мельницы самоизмельчения/ полусамоизмельчения переменных скоростей следует учитывать угол удара измельчающей среды в зависимости от скорости вращения и общей степени заполнения мельницы.
-
Оптимальной технологической схемой измельчения исследуемой золотосодержащей руды является двухстадиальная схема, позволяющая обеспечить требуемую крупность продукта при
необходимой производительности и минимальном
энергопотреблении. При этом обоснование эксплуатационных
параметров основного технологического оборудования
рудоподготовки проведено с помощью компьютерного
моделирования.
Практическая значимость работы
Совершенствование методики, позволяющей повысить
достоверность определения прочностных свойств руды и принять
требуемые параметры для математических моделей
измельчительного оборудования.
Разработка алгоритма, позволяющего посредством
компьютерного моделирования прогнозировать эффективность
технологических схем рудоподготовки направленных на
минимальное потребление энергии и обеспечение необходимой крупности руды для последующего процесса обогащения.
Научные результаты используются в учебном процессе факультета переработки минерального сырья Санкт-Петербургского горного университета для студентов направления «Горное дело» по специализации «Обогащение полезных ископаемых».
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждена использованием современных методов исследования и обработки данных, с применением специализированных программных комплексов, использованных в экспериментальных исследованиях, статистическом анализе и при компьютерном моделировании.
Апробация работы
Основные результаты диссертации освещались на
конференции «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (18-22 ноября 2013 г., Москва, ИПКОН РАН) на ежегодной научной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (2014 г., СПб, Горный университет), на международной научно-технической конференции «Комбинированные процессы переработки минерального сырья: Теория и практика» (19-20 мая 2015 г., СПб, Горный университет), на ежегодной научно-технической конференции «Обогащение – 2015» (17 декабря 2015 г., СПб, ЗАО «Механобр инжиниринг»).
Личный вклад автора
Состоит в формулировании основной идеи, анализе научно-
технической литературы, определении экспериментально-
теоретических задач, установлении зависимостей между
прочностными параметрами и энергетическими индексами руды,
освоении известных методик, проведения экспериментальных
исследований, модификации методики теста падающего груза,
разработке методики расчета по прогнозированию эффективности
процесса ударного разрушения в мельнице
самоизмельчения/полусамоизмельчения, представлении алгоритма,
позволяющего с помощью компьютерного моделирования
обосновать оптимальный режим работы двухстадиальной схемы
измельчения золотосодержащей руды, анализе и обобщении
полученных результатов.
Публикации по теме диссертации
Основные результаты исследований опубликованы в 5 печатных работах, в том числе 4 – в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы
Основные тенденции развития и оптимизация технологических схем рудоподготовки золотоизвлекательных фабрик
Учитывая нынешний спрос и стоимость золота, РФ имеет неплохой потенциал, для дальнейшего развития золотодобывающей отрасли, и увеличения добычи при условии ввода в эксплуатацию проектируемых и строящихся объектов на уже разведанных месторождениях (таблица 1.1), а также оптимизации существующих производств.
В настоящее время очевидной тенденцией является разработка крупных месторождений бедной руды, с длительными сроками эксплуатации, что в значительной степени влияет на эксплуатационные расходы. Для достижения наилучшей экономики проекта, необходимо понимать влияние выбора какого либо цикла производства на текущие расходы и капитальные затраты.
Таким образом, в разделе 1.2 настоящей диссертации описаны современные технологические схемы рудоподготовки золотодобывающих предприятий, приведены примеры мировой практики по оптимизации отдельных циклов дробления/измельчения, позволяющие достигать экономического эффекта в первую очередь за счет снижения энергозатрат, повышения производительности или получения требуемой крупности продукта, питающего последующий обогатительный передел для лучшего извлечения.
Золотодобывающая промышленность объединяет в себе процессы, связанные с проведением геологоразведочных работ, разработкой месторождений и получением металла из руды. Не смотря на высокую стоимость данных процессов, добыча золота является достаточно выгодным капиталовложением. Последние 10-15 лет, как в РФ, так и за рубежом происходит увеличение производства, вследствие чего привлекаются значительные инвестиции не только для освоения новых месторождений, но и для реконструкции действующих предприятий, что характеризует экономический интерес к данной отросли и говорит о научно-техническом развитии в данном промышленном секторе. Таким образом, рассмотрение современных технических решений рудоподготовительного передела золотоизвлекательных фабрик, выполненное в данном разделе диссертации, позволяет определить тенденции развития техники и технологии дробильно-измельчительных схем. С целью использования приобретенного опыта в наиболее рациональном и надежном выборе проектных решений технологии рудоподготовки.
Информационные данные, для представляемого анализа, были получены из различных источников научно-технической литературы и проектно-технической документации. Исследование проводилось по отечественным и зарубежным эксплуатируемым золотоизвлекательным (Аи) фабрикам, а также по ряду медно-золотых (Cu-Au) обогатительных фабрик добывающих золото в качестве попутного компонента. Количество проанализированных объектов составило более ста единиц, при этом фиксировались следующие параметры технологических схем рудоподготовки:
Учитывая количество проанализированных объектов, можно с достаточно высокой уверенностью констатировать о степени состояния различных типов технологических схем рудоподготовки в мировой золотодобывающей отросли. На рисунке 1.9 представлены отдельные эксплуатируемые циклы схем цепи аппаратов рудоподготовки Au и Cu-Au отечественных и зарубежных фабрик. Таким образом, можно утверждать, что рудное полусамоизмельчение уверенно доминирует в качестве основного процесса рудоподготовки на золотоизвелекательных и медно-золотых обогатительных фабриках. Применение стандартного способа стадиального дробления и измельчение стальной средой, используется на фабриках, которые были введены в эксплуатацию более 30 лет назад. На более новых фабриках, запущенных в последние 15-20 лет, данный способ не применяется. Областью устойчивых позиций и сферой применения стадиального дробления, являются предприятия, использующие кучное выщелачивание золота, где мелкодробленная руда, крупностью от 25 до 6 мм, укладывается в специальные штабеля, для выделения минерального сырья с последующей переработкой. В таком случае, в основном используются трехстадиальные схемы дробления.
Технология пресс-валкового дробления, в последнее время набирающая популярность в циклах рудоподготовки обогатительных фабрик цветной металлургии создавая конкуренцию полусамоизмельчению [5], используется на золотоизвлекательных фабриках в нескольких вариантах. Одни из самых распространенных это преддробление руды в инерционных валках высокого давления (ИВВД) перед процессом полусамоизмельчения, позволяющее повысить пропускную способность мельницы в первую очередь за счет снижения прочности перерабатываемой руды. Так же был отмечен вариант с додрабливанием гали в цикле полусамоизмельчения с помощью ИВВД. Вариант, где пресс-валки выступает обособленной стадией, перед шаровым измельчением встречается реже всего.
Отмеченная тенденция применения двух способов – рудного полусамоизмельчения и пресс-валкового дробления подробно освещены в работах [4, 5, 6]. Частота использования различных типов схем рудоподготовки на эксплуатируемых золотодобывающих фабриках представлена на рисунке 1.10.
Фундаментальное математическое моделирование методом дискретных элементов
Определение объединенной функции разрушения () сводится к подстановке соответствующих элементов матриц высокой и низкой энергий разрушения в уравнение (2.26).
Более полный гранулометрический состав продукта разрушения ударом или самоистиранием определяется путем интерполяции по полученным маркерам .
Обычно питание мельницы самоизмельчения/полусамоизмельчения состоит из продукта первичного дробления и может содержать частицы различного класса крупности -300+1 мм. Как правило, более крупные частицы легче разрушаются, чем мелкие, в виду большего количества трещин и структурных дефектов. Изменение гранулометрического состава питания имеет существенное влияние на процесс измельчения.
Однако, в рассмотренной модели разрушения [59] игнорируется влияние размера частиц. Уравнение (2.27) используется для соответствия данных полученных из ударных испытаний разрушения с одним «средним» набором А и Ъ параметров. Данная модель используется в математическом моделировании мельницы самоизмельчения/ полусамоизмельчения при условии, что частицы различных размеров разрушаются при воздействии одинаковой энергии удара. Несмотря на широкое практическое применение данной модели разрушения, было установлено, что у нее плохая способность прогнозирования, в особенности для большого диапазона фракций крупности [88].
Поэтому, с учетом размера частиц в модели разрушения возможно повысить прогнозируемый гранулометрический состав продукта измельчения.
Исследование [37], включающее серию тестов на установке падающего груза на различных типах руд с использованием широкого диапазона размеров частиц и различных уровней удельной энергии разрушения, подтвердило влияние размера частиц. Полученная новая модель разрушения использует следующее эмпирическое выражение: 100 t10 = 100 ! + (Щг±Ж m (2.32) где Esv - объемная удельная входная энергия разрушения (кВтч/м ); d - размер частицы (мм); ат, /Зт, п - эмпирические параметры модели, установленные на основании экспериментальных данных на установке падающего груза.
В другой работе [96, 97], была разработана модель разрушения, основанная на распределение Вейбулла в сочетании с механикой контактного взаимодействия (теория Герца). Помимо исследования размера частиц, были включены факторы, влияющие на разрушение частиц, такие как свойства руды и повторное воздействие. Данная модель разрушения выражает вероятность разрушения (5) с точки зрения ряда параметров, приведенных в следующем уравнении: 5=1- e-fmafX-HWkin-Wmin)t (2 33) где fmat - параметр материала свойств разрушения; х - исходный размер частицы (мм); к - количество последовательных ударов, приводящих к разрушению частицы; Wkin кинетическая энергия удара (Дж); Wmin - пороговая энергия, при которой не происходит разрушение частицы (Дж). Данная модель разрушения оказалось трудно проверяемой, и не целесообразной при использовании в моделировании процесса измельчения. Поэтому уравнение (2.33) было модифицировано в работе [90], для определения маркера разрушения гранулометрического состава (t10), относительно свойств материала, размера частиц и точной удельной энергии разрушения, с помощью следующего эмпирического уравнения: t10 = М (1 - e-fmafX-HEcs-Emin) (2.34) где М - максимальная степень разрушения (экспериментально значение маркера t10); fmat - параметр материала свойств разрушения; х - исходный размер частицы (мм); к количество последовательных ударов, приводящих к разрушению частицы; Ecs - точная энергия удара, зависимая от массы частицы (кВтч/т); Emin - минимальная энергия разрушения, т.е. ниже которой не происходит разрушение частицы (кВтч/т). Основное преимущество уравнения (2.34) в том, что оно может непосредственно коррелироваться с уравнением (2.27), так как их структура схожая, компоненты уравнения (2.34) М, (fmat х), (к (Ecs - ЕтЫ)) можно заменить на компоненты уравнения (2.27) Л, Ь, Ecs соответственно. Модифицированное уравнение (2.34) включает размер частиц и свойства материала, которых нет в стандартном уравнении (2.27). Модифицированная модель также включает количество ударов и пороговую энергию, ниже которой частица не разрушается.
Рассмотренная модель разрушения (уравнение 2.34) была успешно проверена авторами и имела лучшие показатели подгонки зависимости удельной энергии разрушения и маркера t10 по сравнению с существующей моделью (уравнение 2.27).
Приведенная выше методика расчета удельной энергии разрушения ударом (Ecs) является, достаточно упрощенной. К тому же, предположение по использованию масштабирования удельной энергии (уравнение 2.30) к меньшим классам крупности не имеет физического смысла. Поэтому, следует рассмотреть существующие методики расчета удельной энергии разрушения ударом, имеющие более реалистичные прогнозы.
В работе [95] был предложен новый метод расчета допустимой энергии измельчения ударом в мельнице самоизмельчения/полусамоизмельчения. Определение удельной энергии измельчения ударом основывалось на концепции эффективной измельчающей среды со средним размером и плотностью, при высоте падения зависящей от формы и движения загрузки, а также влияния слоя частиц. Данная зависимость позволяет рассчитывать удельную энергию относительно внутримельничной загрузки и скорости вращения мельницы. Кроме того, использование фактора поглощения энергии, учитывающего столкновение частиц материала (кусков руды) и стальных шаров, позволяет гарантировать, что энергия удара от шара поглощена рудной частицей. Это соотношение выглядит следующим образом: где ф - фактор (коэффициент) энергопоглощения стальной измельчающей среды (д. ед.); ХІ - эффективный размер /-ой фракции измельчающей среды (шары и/или руда) (мм); pt плотность /-ой фракции измельчающей среды (шары и/или руда) (т/м3); ht - высота падения /-ой фракции измельчающей среды (шары и/или руда) (м); xt - размер 7-ой фракции измельчаемой среды (руда) (мм); р - средняя плотность руды (т/м3); 3,610-3 коэффициент перевода в кВтч/т. Поскольку измельчающая среда может быть образована смесью крупных частиц руды и стальных шаров, то ее плотность рассчитывается как средне взвешенная. Плотность 7-ой фракции измельчающей среды (pt) определяется по следующему уравнению: p-( 2 + Z-=11O+Pb-ZiS==1Vbt Pi = (2-36) где рь - плотность шара стальной измельчающей среды (т/м3); V0. - объем руды /-ой фракции крупности (м3); Vb. - объем стальной измельчающей среды (шары) /-ой фракции крупности (м ); т - значение индекса суммы отвечающее за класс крупности, т.е. данная величина имеет интервал уменьшения по классам крупности с шагом 1/л/2, для рудных частиц и стальных шаров (мм), в случае если т = 1 - это значит выбран максимальный размер класса крупности, если т = п то выбран минимальный размер стального шара, если т = q - то выбран минимальный размер рудной частицы (равный 16 мм).
Размер /-ой фракции измельчаемой среды (xt), представляет собой среднее геометрическое из рассматриваемых интервалов классов крупности.
Под эффективным размером измельчающей среды (Xt) понимается следующее: частицы руды /-ой фракции могут быть разрушены большими частицами, чем размер /-ой фракции измельчаемой среды (xt) или стальной измельчающей средой. Кроме того принято, что половина крупных кусков руды (более 50 мм) представленные измельчающей средой могут быть разрушены в пределах собственного класса крупности. Таким образом, эффективный размер измельчающей среды (Xt) определяется с помощью системы уравнений:
Продукт разгрузки (функция разгрузки)
Экспериментальное исследование прочностных свойств золотосодержащей руды, включало комплексное изучение процессов разрушения сырья относительно воздействующих нагрузок. Таким образом, задачи экспериментального исследования позволили определить: характеристики руды относительно рассматриваемых параметров (крепость, прочность, измельчаемость, устойчивость к ударному и истирающему разрушению); удельную энергию разрушения на единицу объема руды; параметры для математических моделей мельниц. Первый этап исследования включал определение устойчивости материала к ударному разрушению. В связи с тем, что одним из основных процессов разрушения в мельнице самоизмельчения/полусамоизмельчения является удар. Исследования проводились на установке падающего груза JK drop weight tester.
Определение параметров дробимости руды, согласно методике [7], выполнено с целью классификации руды относительно прочностной шкалы, анализа ударного разрушения отдельных кусков исследуемой руды и сравнительной оценки по результатам других экспериментов. Выходные параметры теста имеют следующую характеристику:
Показатель дробимости, представляющей собой суммарный выход частиц, прошедших через сито с диаметром отверстий dmax = 7 мм. Величина Vmax, выражаемая в см3, определяет способность породы дробиться под действием ударной нагрузки; Показатель качества дробления (tga), определяющий равномерность дробления, согласно формуле (1.13), при dmin = 0,25 мм.
Дополнительно, был определен коэффициент дробимости (/сд), дающий количественную оценку ударного разрушения отдельных кусков руды. Расчет производился по следующим формулам: к„. = — -100%, (4.1) где/сд. - коэффициент дробимости 7-го куска (%); 7_7. - частный выход (-7+0 мм) разрушенного продукта z -го куска (г); щ - масса / - го куска (г).
Для проведения данного испытания необходимо произвести отбор образцов в количестве 30-40 кусков, одинаковой геометрической формы, т.е. длина, ширина и толщина куска может отличаться не более чем в два раза. Масса фиксируется для каждого образца, диапазон для отбора 50-70 грамм (класс крупности образцов, для исследуемой золотосодержащей руды, составил -37,5+31,5 мм). Испытание проводят на специально оборудованном вертикальном копре с плоской поверхностью ударника. Вес падающего груза составляет 16 кг, высота сбрасывания 50 см, т.е. энергия удара 78,45 Дж (выполнение данного теста производилось на установке падающего груза JK drop weight tester, имеющего идентичное устройство и требуемый уровень энергии разрушения). После удара по образцу падающим грузом, продукт разрушения собирают и просеивают на ситах с диаметром отверстий 7 и 0,25 мм. По результатам рассева определяются ранее описанные показатели (, , Д), характеризующие поведение породы при разрушении ударной нагрузкой.
По среднему значению величины , определяется класс горной породы по дробимости, согласно шкале представленной на рисунке 4.1.
Исследование материала относительно процессов дробления и самоизмельчения/ полусамоизмельчения проводилось по методике JKMRC (тест падающего груза JK DWT). Цель данного теста заключается в определении ряда параметров, используемых в математических моделях мельницы самоизмельчения/полусамоизмельчения или дробилки (конусной и щековой), а также статистической базе данных, связывающей параметры с энергозатратами рассматриваемого оборудования.
Выходными параметрами теста, для процесса самоизмельчения/ полусамоизмельчения являются:
Устойчивость материала к ударному разрушению, величина А характеризует ударное разрушение материала с воздействующей энергией более 1 кВтч/т, величина Ъ связанна с энергией менее 1 кВтч/т. Для определения типа прочности или статистического анализа используется объединенный параметр А (произведение параметра А и Ъ); У Устойчивость материала к самоистирающему разрушению (ta), характеризует разрушение материала за счет трения частиц (между собой и о футеровку) с низкими уровнями воздействующей энергии.
Степень разрушаемости материала ударом/самоистиранием (t10), является маркером гранулометрического состава продукта разрушения.
Распределение плотности (pj) и среднее значение плотности (р) кусков породы стандартной фракции -31,5+26,5 мм. Концепция теста падающего груза JK DWT заключается в определении зависимости гранулометрического состава продукта разрушения от воздействующей энергии. На рисунке 4.2 представлен комплекс устройств необходимых для проведения полного теста падающего груза.
Процедура теста требует не менее 100 кг материала. Отбор кусков материала, для данного теста производится из представительной пробы крупностью -63+13,2 мм. С помощью ситового анализа проба делится на узкие классы (-63+53; -45+37,5; -31,5+26,5; -22,4+19; -16+13,2 мм). Далее, «слепым» методом производится выборка кусков по каждой фракции, и производится формирование комплектов относительно удельной энергии разрушения, данное соотношение представлено в таблице 4.3. Куски следует отбирать кубообразной формы, т.е. их геометрия должна соответствовать предельным значениям относительной длины ( 1,3) и относительной толщины ( 0,7), где:
Результаты экспериментальных исследований прочностных свойств золотосодержащей руды
Определение оптимальной технологической схемы измельчения по переработке исследуемой золотосодержащей руды, является одной из основных задач данной диссертационной работы. Критериями оптимальных решений послужили следующие задачи: достижение заданной производительности и определенной крупности продукта при минимизации энергопотребления технологической схемы; выбор измельчительного оборудования (размер), имеющего более низкие капитальные вложения; рациональное использование стальной загрузки.
Для решения данных задач, было выполнено моделирование технологической схемы с различными рабочими режимами, с помощью компьютерной программы JKSimMet [23]. На основании проведенных ранее теоретически исследований выбраны следующие модели измельчительного оборудования: для мельницы полусамоизмельчения - модель переменных скоростей (Variable rates AG/SAG mill); для шаровой мельницы - модель идеального перемешивания (Perfect mixing ball mill). Подробное описание данных математических моделей представлено во второй и четвертой главе диссертации. Математические модели классифицирующего оборудования (грохот и гидроциклон) представлены моделью однокомпонентной кривой эффективности (Single Component Efficiency Curve).
Принятое время эксплуатации измельчительного передела составляет 322 суток в год, 24 часа в сутки, из них 43 дня в год выделено на выполнение технического обслуживания, что эквивалентно 88% рабочего времени. Условия для моделирования представлены в таблице 5.1. руд с похожими прочностными характеристиками и производительностью до 1,5 млн. т/год.
Таким образом, была выбрана двухстадиальная схема измельчения, схема цепи аппаратов приведена на рисуноке 5.1. Первая стадия представлена мельницей мокрого полусамоизмельчения (МПСИ) работающей в замкнутом цикле с вибрационным грохотом, вторая стадия представлена шаровой мельницей с центральной разгрузкой (МШЦ) работающей в замкнутом цикле с гидроциклоном. Предварительно принятый типоразмер измельчительного оборудования, следующей: МПСИ 7,02,3 м; МШЦ 4,05,5 м.
Моделирование выполнялось в три этапа. Первый этап включал моделирование технологической схемы измельчения с предварительными размерами мельниц, для определения оптимального режима работы всей схемы. Второй этап предусматривал серию фаз моделирования (№ 1-№ 6), для определения оптимального размера мельниц из предложенного типоразмера. Третьей этап моделирования выполнен с целью, прогнозирования показателей работы технологической схемы измельчения в рекомендуемом режиме, а так же проверки схемы с увеличенной производительностью и измененными прочностными характеристиками руды. Данная методика моделирования была испытана автором и опубликована в работе [15].
Первый этап моделирования позволил определить влияние различных эксплуатационных параметров на технологические показатели схемы измельчения. Определение оптимального режима работы измельчительного оборудования проводилось последовательно, для первой и второй стадий измельчения, соответственно. Прочностные характеристики золотосодержащей руды приняты согласно экспериментальным исследованиям (таблица 5.2), представленными в третьей главе диссертации.
Шаровая загрузка, как и ожидалось, существенно влияет на потребляемую мощность и общую загрузку мельницы. Из графика (рисунок 5.2а) видно, что шаровая загрузка прямо пропорциональна мощности и обратно пропорциональна общей загрузки мельницы. Учитывая, приемлемый рабочий диапазон общей загрузки мельницы (25-35 %), можно выделить рекомендуемый уровень шаровой загрузки в районе 10-14 %. Очевидно, что шаровая загрузка МПСИ влияет на трансфертную крупность схемы (Tso), т.е. гранулометрическую характеристику продукта первой стадии измельчения. Согласно графику (рисунок 5.2б) наиболее рациональный уровень шаровой загрузки составляет JB=13%, что позволяет достигать подходящую крупность продукта МПСИ Tso4 мм. Размер догружаемых шаров принят Втах=120 мм, согласно потребляемой мощности и крупности продукта МПСИ (рисунок 5.2в).
Скорость вращения мельницы определена по аналогичным критериям, как и объем шаровой загрузки. Согласно графику (рисунок 5.3) скорость вращения барабана МПСИ в долях от критической составляет у/=0,71, что соответствует среднему рабочему уровню общей загрузки мельницы Jt 30 %, при этом имея запас в сторону повышения (до 35%) или понижения (до 25%) общей загрузки, связанной с изменчивостью прочностных свойств руды. Причем выбранный скоростной режим вращения соответствует более низкому энергопотреблению.
Согласно графику (рисунок 5.4) размер ячеек разгрузочной классификационной решетки МПСИ (xg) принят 15 мм, относительно выбранной трансфертной крупности продукта измельчения Tso4 мм.
В цикле полусамоизмельчения плотность пульпы в мельницы влияет на общую загрузку, при увеличении содержания твердого с 60 до 80 %, общая загрузка падает с 31 до 27 %. Мощность же при этом снижается, но достаточно незначительно. Питание МПСИ свежей водой принято 60 м3/ч.
Размер ячейки грохота (d50) выбран согласно зависимостям, представленным на графиках (рисунок 5.5). Наиболее подходящий размер разделения по крупности, удовлетворяющей выше приведенные параметры, соответствует 6 мм.