Введение к работе
Актуальность работы. Процесс гидроподготовки труд-нообогатимых металлосодержащих песков, как составная часть современного технологически эффективного и экологически безопасного производства добычи ценных компонентов россыпей, не может существовать без развитой научной базы, основанной на достижениях гидромеханики, математической статистики, коллоидной химии, гранулометрии геоматериалов и т.д. Только при наличии указанной базы может быть сделана оценка экономической эффективности этого процесса с учетом ущерба, наносимого водным и земельным ресурсам, начиная с проектирования систем гидроминералозабора, транспорта, классификации, восстановления техногенного ландшафта, осадительных машин, аппаратов и кончая непосредственно извлечением ценных компонентов.
Сложность и многообразие физических явлений, сопровождающих процессы гравитационного обогащения труд-нообогатимых металлосодержащих песков, создает" трудности, но они могут решаться с помощью теорий, опирающихся на эксперимент и корректные математические преобразования.
Вовлечение в хозяйственный оборот россыпных месторождений с большим содержанием глин, представляющих природно-техногенные дисперсные системы, характеризующиеся развитой удельной поверхностью, вызывает необходимость пересмотра норм ПДК в воде слива из прудов отстойников .
Для оценки ущерба, наносимого водным.ресурсам, в исследованиях необходим акцент на углубление представлений о вещественном составе металлосодержащих минеральных систем, исследование физических характеристик совокупности частиц: пористость, просветность, радиус пор и упаковка, т.к. последние определяют условия мине-ралоподготовки и кондиционирования оборотных вод, оптимальной укладки отработанной горной массы.
Итак, решение вопросов экологизации и ресурсосбережения прямо зависит от наличия теоретической базы совершенствования процессов гидроминералоподготовки
Диссертация выполнена в соответствии с проблемой Российской Академии наук 12.9 на 1991-2000 гг. «Разработка месторождений и обогащение полезных ископаемых». №№ Государственной регистрации НИР: 01870076608, 01810038371, 01828032138.
Целью работы является создание научных основ процессов подготовки и первичной переработки минерального
сырья для нетрадиционных технологий добычи благородных металлов из труднообогатимых песков, обеспечивающих экологизацию и ресурсосбережение при производстве горных работ.
Основные задачи исследований:
-
Создать методику классификации и обобщения экспериментальных гистограмм аллювийных отложений россыпей ДВР.
-
Обосновать критерии оценки трудоемкости обогащения металлосодержащих песков и очистки сточных вод.
-
Разработать концепцию процессов миграции и концентрации твердых частиц на ложе взвесенесущего потока на основе теории турбулентности.
-
Обосновать качественные и количественные связи между параметрами взвесенесущих потоков их дезинтегрирующей и диспергирующей способностью.
5.Создать теоретическую модель процесса отсадки машинами ОМТ и инженерный метод расчета технологических параметров эрлифтного гидроминералозабора, отвечающие оптимальным условиям процессов.
Идея работы заключается в том, что создание научных основ совершенствования процессов минералоподготов-ки и кондиционирования оборотных вод достигается путём углубления представлений о вещественных характеристиках гидратированного аллювия и физических процессах, протекающих в системе "ресурс - технология".
Практическая ценность работы заключается в создании новых методов расчета, обеспечивающих решение широкого круга задач, возникающих при проектировании оборудования минералоподготовки и систем снижения вредных выбросов.
Достоверность научных положений и рекомендаций обеспечивается применением современных методов теоретического анализа, объединяющего эксперимент и корректные математические преобразования.
Объекты исследований. Объектами исследований явились осадочные породы аллювиальных россыпей, а также процессы гидротранспорта, намыва ценных компонентов на ложе потока и улавливания вредных примесей.
Методы исследований. В качестве основных методов исследований вещественного состава минеральных объектов использовались методы коллоидной химии и математической статистики.
Изучение процессов осаждения и улавливания твердых частиц осуществлялось методом Лагранжа и методом Эйлера. Кроме экспериментальных методов исследований использовался метод численного моделирования на ЭВМ ЕС.
Научная новизна. Впервые в целях классификации гистограмм природно-техногенных дисперсных систем, на
примере золота и вмещающих золото пород предложено понятие безразмерной крупности частиц.
В результате регрессионной обработки банка гистограмм обобщены и систематизированы гранулометрические характеристики продуктов переработки аллювия.
Показано, что гранулометрические характеристики золота зависят от протяженности россыпей. Получены количественные выражения закона распределения порошка золота для оголовка россыпи, ее концевой и промежуточных частей.
Предложены критерии оценки обогатимости песков содержащих драгоценные минералы - степень загрязнения сростка примесью и коэффициент удельной поверхности свободнодисперсной системы.
Установлены количественные связи между средними параметрами взвесенесущих потоков и их дезинтегрирующей и диспергирующей способностью.
Предложены понятия первой и второй критических скоростей взвесенесущих потоков и доказано, что концепция гидравлической крупности не приемлема при расчете параметров процесса обогащения песков на шлюзах, процессов миграции и концентрации вредных частиц во впадинах природного ландшафта.
Впервые для условий Дальнего Востока обоснована необходимость создания, в процессе проведения рекультивации в местах открытых работ, резерватов для привлечения животного населения и пылевых ловушек, за счет распределения по поверхности почвы крупнообломочного материала .
Сформулирована замкнутая система уравнений расчета конструктивных и эксплуатационных параметров машин ОМТ.
Предложены дифференциальные уравнения квазигидростатики, математическая модель декрипитации, инженерная методика расчета эрлифтного гидроминералозабора.
Для очистки оборотной воды от взвесей и нефтепродуктов разработана новая конструкция намывного фильтра и новая технология гидрофобизации порошка перлита силиконовым маслом.
Защищаемые положения.
-
Ресурсосбережение и экологические нормы могут быть обеспечены совершенными процессами и новыми технологиями, основанными на знании удельной поверхности дисперсных систем, которая определяет обогатимость метал-лосодержащих песков, кондиционирование оборотных вод и характеризует реакционную способность вредных гидрати-рованных примесей.
-
Применительно к процессам минералоподготовки, запы-ления суши и водоемов концепция двух критических ско-
ростей взвесенесущих потоков, в отличие от концепции критической скорости, является исчерпывающей и в качестве составного элемента содержит концепцию гидравлической крупности. 3. Управление системой "ресурс - технология" достигается при наличии таких средств, как полуэмпирические модели дезинтеграции, декрипитации, квазигидростатики сорбента, отсадки и эрлифтного гидроминералозабора. Реализация исследований. Замкнутая система уравнений отсадки рекомендована как методическое руководство по моделированию процессов отсадки на ЭВМ с целью выявления поведения конструктивных и эксплуатационных параметров в зависимости от степени загрязнения самородного золота различными примесями.
Установленные качественно-количественные характеристики дезинтегрирующей способности взвесенесущих потоков позволяют составить прогноз подготовки к обогащению россыпного минерального сырья при его разработке и доставке к шлюзовым аппаратам и отсадочным машинам, попутно решить. вопрос снижения негативного воздействия слива оборотной воды прудов отстойников на окружающую среду.
Результаты регрессионной обработки банка гранулометрических характеристик золота аллювиальных россыпей ДВР могут быть использованы в процессе геологической разведки источников золоторудной формации, оценки промышленных запасов золота техногенных россыпей, без геологической разведки, и создания технологических схем обогащения при локальной отработке россыпей.
Разработанная методика инженерного расчета работы эрлифтных установок в оптимальных условиях рекомендуется для практического использования при дражной разработке высокоглинистых глубокозалегающих россыпей.
Основные результаты исследований реализованы при разработке отсадочных машин ОМТ-11-800 ИГД ДВО АН СССР и установки для обогащения хвостов промприбора ПГШ-11-50 Херпучинского прииска, линии подачи гидросмеси на склад АООТ "Хабаровский завод силикатного кирпича", включены в учебный процесс Дальневосточной Государственной академии путей сообщения, Хабаровского Государственного технического университета, используются в научно-исследовательских работах Института материаловедения ДВО РАН.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на зональном семинаре Всесоюзной межотраслевой секции гидромеханизации при ЦП НТГО "Опыт производства земляных, горных и дноуглубительных работ способом гидромеханизации в Сибири" (1973), семинаре Управления отраслевого машиностроения, Специального конструкторского бюро горно-обогатительного оборудования ЦНИИЦветмет экономики и информации "Разработка нового и совершенствование серийно выпускаемого гравитационного оборудования (1989); на III Региональной научно-практической конференции "Пути улучшения работы сооружений водоснабжения и водоотведения Дальнего Востока" (1989); на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ХабПИ (1970... 1981); на ежегодных семинарах и научно-технических советах ИГД ДВО РАН (1984...1998).
Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты исследований, которые автор выполнил непосредственно сам, в том числе:
анализ современного состояния проблемы;
идея и направленность работы, постановка задач исследования, методология их решения;
формирование и обобщение банка данных экспериментальных и натурных исследований;
формулировка основных закономерностей процессов гидроминералоподготовки, обоснование- критериев, концепций, физических и математических моделей;
участие в проектировании и разработке рекомендаций по использованию машины ОМТ-11-800, промпри-бора ПГШ-11-50 и линии подачи гидросмеси на склад АООТ "Хабаровский завод силикатного кирпича"
В проведении исследований принимали участие аспиранты и соискатели А.Г.Косяченко, В.Н.Кислицин, И.А.Яцык, Н.М.Улыбышева, В.Н.Лопатин, И.В.Ворожцов.
Особую признательность автор выражает члену-корреспонденту АН Кыргызстана, д.т.н.,- профессору Г.В.Секисову, члену-корреспонденту РАН А.П.Сорокину, ц.т.н., профессору А.В.Жукову, д.т.н. А.А.Ковалеву, ц.б.н. Л.Т.Крупской, д.т.н. Ю.А.Мамаеву, за помощь в іроведении исследований и ценные советы при работе над диссертацией.
Публикации. Материалы, положенные в основу диссертационной работы, опубликованы в 40 статьях, сдепониро-ваны в 12 рукописях, по ним получено три патента и издано учебное пособие "Техногенные дисперсные системы и охрана окружающей среды".
Структура и объем работы. Работа изложена на 218 страницах машинописи. Содержит 48 рисунков, 18 таблиц. Список литературы насчитывает 186 названий. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и приложений.