Обоснование параметров магнитно-импульсного способа разупрочнения коренных золотосодержащих руд при их рудоподготовке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат технических наук Иванов, Виталий Юрьевич

• Иванов, Виталий Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иванов, Виталий Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ПРАКТИЧЕСКИХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО НЕМЕХАНИЧЕСКИМ МЕТОДАМ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ.

1.1 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 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Анализ возможных механизмов разупрочнения магнитных руд магнитно-импульсной обработке.

2.2 Основные положения модели заряженной дислокации.

2.3 Анализ механизма разупрочнения поликристаллов магнитно-импульсной обработкой с позиции теории дислокаций.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3 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 Кумторского месторождения.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4 ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМУ РАЗУПРОЧНЕНИЮ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ 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 магнитно-импульсной обработки руд.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

ГЛАВА 5 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 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров магнитно-импульсного способа разупрочнения коренных золотосодержащих руд при их рудоподготовке»

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 слабомагнитных 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 Железные руды Золотосодержащие руды

Объем производства продукции в год(в России) 120 млн.т. (концентрат + окатыши) 85 т (золото из коренных месторождений)

Цена единицы продукции -1700 руб/т -1000 руб/г

Годовой объем перерабатываемой руды —360 млн. т -17 млн. т

Стоимость продукции 120-106т х 1700 р/т=204 млрд.руб. 85 -ЮбгхЮОО руб/г = 85 млрд. руб.

Стоимость продукции с 1 т перерабатываемой РУДЫ 204-109 руб 360-106m ~570руб/т 85-109 руб 17-106ш «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 С.Д., Зильбершмидта М.Г., Кузьмина В.А., Бунина И.Ж., Лунина В.Д., Котова Ю.А., Нистратова В.Ф., Гончарова С.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 золотосодержащих руд на основе закономерностей поведения микродефектов кристаллической решетки, обеспечивающих снижение удельной энергоемкости их помола.

Идея работы заключается в разупрочнении межзерновых связей в коренных золотосодержащих рудах за счет направленного резонансного воздействия электромагнитного поля на заряженные микродефекты и дислокации в.породообразующих 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 подтверждаются:

- использованием основ механики разрушения горных пород, I 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 магнитно-импульсной 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 (НТТМ-2006) 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» (МГГУ, 2008).

Публикации.

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в 7 научных 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.

Заключение диссертации по теме «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика», Иванов, Виталий Юрьевич

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5

1. Представлена методика оценки параметров установки для магнитно-импульсной обработки (МИО) золотосодержащих слабомагнитных рудных материалов в виде алгоритма.

Методика предназначена для предварительного оценочного определения области режимов магнитно-импульсной обработки, включая частоту (длительность) одного импульса и величину амплитуды напряженности импульсного электромагнитного поля при МИО золотосодержащих слабомагнитных рудных материалов, а также для определения класса техники для МИО по высоковольтности.

Исходными данными в методике являются: крупность измельчения руды, средний размер зерен полезного компонента и содержание полезного компонента в руде, плотность вмещающего минерала, требуемый объем переработки (т/ч), соотношение жидкого к твердому в пульпе, постоянная решетки, предел прочности на сдвиг, относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости вмещающего минерала, плотность минерала, содержащего полезный компонент, удельный заряд дислокаций и их плотность во вмещающем минерале, скорость потока пульпы.

Область применения методики - лабораторные исследования по магнитно-импульсному разупрочнению золотосодержащих рудных материалов коренных месторождений на стадии рудоподготовки и магнитно-импульсной интенсификации процессов выщелачивания при реагентном извлечении золота.

2. Приведена оценка экономической целесообразности внедрения технологии МИО на золотоизвлекательные фабрики с целью повышения производительности по руде. Окупаемость технологии составит немногим более 2 месяцев при повышении производительности по руде на 1 % (на практике необходимо минимально 5%). При размещении МИО перед операциями цианирования (для повышения извлечения) окупаемость i инвестиций в технологии — 2 месяца при обеспечении повышения извлечения золота на 1 % и цене оборудования ~ 5 млн. руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Иванов, Виталий Юрьевич, 2009 год

1. Гончаров С.А. Физико-технические основы ресурсосбережения при разрушении горных пород. М.: Изд-во Московского государственного горного университета - 2007. — 211 с.

2. Баранов В.Ф. Обзор мировых достижений и проектов рудоподготовки новейших зарубежных фабрик. — М.:

3. Лешков В.Г., Бельченко Е.Л., Гузман Б.В. Золото Российских недр. М.: АО «ЭКОС»,2000. - 628 с.

4. Ревнивцев В.И. Задачи научно-исследовательских и опытно-конструкторских организаций по совершенствованию рудоподготовки. — Обогащение руд, 1977, № 6 (134), с.4-7.

5. Ревнивцев В.И. Современные направления совершенствования развития рудоподготовки. — Совершенствование рудоподготовки, Ленинград, 1980, с. 3-7.

6. Ревнивцев В.И., Гапонов Г.В., Загорский Л.П. и др. Селективное разрушение минералов. -М: Недра, 1988, 256 с.

7. Чантурия В.А. Перспективы устойчивого развития горноперерабатывающей индустрии России. Москва, Горный журнал, №2, 2007, стр. 2-9

8. Евразийский патент № 003853, МПК В02С19/18 Способ разупрочнения материалов кристаллической структуры и устройство для его осуществления / Ананьев П.П., Гончаров С.А. и др.

9. Тангаев И.А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых. М.: Недра, 1986. - 231 с.

10. Викторов С.Д., Иофис М.А., Гочаров С.А. Сдвижение и разрушение горных пород. М.: Наука, 2005 277 с.

11. Вал.А. Дорошенко, М.М. Пикалев, В.А. Дорошенко В кн.: Прочность материалов и элементов конструкций при звуковых и ультразвуковых частотах нагружения. Докл. III Всесоюзн. сем. Наук, думка, Киев (1983). с. 181.

12. Отчет о НИР. Тема: «Разработка техники и технологии магнитно-импульсной обработки железной руды с целью ее разупрочнения перед измельчением». Морит Р.Е. МГТУ 1998 год.

13. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Бруев В.П. «Математическое моделирование процесса разупрочнения железистых кварцитов при их магнитно-импульсной обработке (МИО)». Москва, Горный информационно-аналитический бюллетень, №10, 2005, стр.5-9.

14. Жога Л.В., Шильников А.В., Шпейзман В.В. Влияние электрического поля на разрушение сегнетокерамики. Физика твердого тела, 2005, том 47 вып. 4с.628-631.

15. Шпейзман В.В., Жога JI.B. Кинетика разрушения поликристаллической сегнетокерамики в механических и электрическом полях. Физика твердого тела, 2005, том 47 вып. 5 с.843-849.

16. К. Окадзаки Технология керамических диэлектриков. Энергия, М.: 1976. 336 с.

17. Бондаренко Е.И., Топалов В.Ю., Турик А.В. Кристаллография 1992. т. 37, вып. 6, с 1572.

18. Гончаров С.А., Крылова Г.С., Седельникова Г.В., Ананьев П.П., Мартынов Ю.А., Иванов В.Ю. «Применение магнитно-импульсной обработки золотосодержащих руд и концентратов при их цианировании» Горный журнал, 2006, №10, стр. 58-60.

19. Большая советская энциклопедия. Том 30. Стр.110. Статья «Электрострикция».

20. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Дацко С.А., Бельченко Е.Л., Томаев В.К. «Применение электромагнитной обработки минерального сырья с цельюсоздания ресурсосберегающей технологии его измельчения». Москва, Горный журнал, №3, 2002, стр.21-24.

21. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Дацко С.А., Мартынов Ю.А., Осташевский А.А. «Использование электромагнитной обработки золотосодержащих руд на этапе измельчения и цианирования». Москва, Горный информационно-аналитический бюллетень, №7, 2004, стр.5-7.

22. Нистратов В.Ф. Долголаптев А.В., Образцов А.П. Изменение прочностных свойств руд в переменных электромагнитных полях высокой интенсивности. М.: Горный информационно-аналитический бюллетень № 10, 2000, С 60-64.

23. Нистратов В.Ф. Долголаптев А.В., Образцов А.П. Перспективы создания новой технологии переработки углей. Научные сообщения Национального научного центра горного производства — Института горного дела им. А.А. Скочинского, 333. 2007. '

24. Нистратов В.Ф. Долголаптев А.В., Образцов А.П. Возможные технологии разрушения массива горных пород. Научные сообщения Национального научного центра горного производства Института горного дела им. А.А. Скочинского, 334, 2008.

25. Нистратов В.Ф., Будаев С.С„ Мартинцов С.М. Микроволновая обработка углей в технологиях их обогащения. Горный журнал №2 2009 С 77-80.

26. Новик Г.Я., Зильбершмидт М.Г. Управление свойствами пород в процессах горного производства. М., Недра, 1994., 224 с.

27. Дмитриев А.П., Зильбершмидт М.Г. Физические принципы управления технологическими параметрами горных пород. — М.: МГГУ, 1989.

28. Кузьмин- В.А. «Разработка способов разупрочнения фосфоритных руд тепловыми и электромагнитными полями с целью повышения эффективности их измельчения». Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва 1980 год.

29. Явтушенко О.В., Коробской В.К. .Исследование воздействия СВЧ-энергии на некоторые горные породы. Сб. "Механика и разрушение горных пород", ч. 4. Киев, 1976, 142 144

30. Коробской В.К., Абкин Е.Б., Челышкина В.В. Исследование электромагнитных характеристик магнетитовых руд в СВЧ-диапазоне радиоволн. Изв. вузов. Горный журнал, 1988, № 8, 113-116.

31. Абкин Е.Б. и др. Измельчение руд с применением электромагнитной энергии СВЧ. Обогащение руд (Ленинград), 1986, № 6, 2-5.

32. Walkiewicz J.W., Clark А.Е., McGill S.L. Microwave-assisted grinding. IEEE Trans, on Industry Appl., 1991, 27, № 2, 239-243.

33. Bond F.C. Crushing and grinding calculations. Brit. Chem. Eng., 1960, 6, 378-385, 543-548.

34. McGill S.L., Walkiewicz J.W., Smyres G.A. The effects of power level on the microwave heating of selected chemicals and minerals. Proc. Materials Res. Soc. Symp. Microwave Processing Materials, Reno, 1988, 124, 247-253.

35. Haque K.E. Microwave irradiation pretreatment of a refractory gold concentrate. Proc. of the Internet. Symposium on gold metallurgy. Winnipeg, Canada, 1987, 327-339.

36. Колесник В.Г. и др. Влияние СВЧ-обработки на извлечение золота из минерального сырья. Цветные металлы, 2000, № 8, 72-75.

37. Лунин В.Д. и др. Модель процесса микроволнового воздействия на упорный золотосодержащий концентрат. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых (Новосибирск), 1997, № 4, 89-94.

38. Чантурия В.А. и др. Вскрытие упорных золотосодержащих руд при воздействии мощных электромагнитных импульсов. Доклады РАН, 1999, 366, №5, 680-683.41