Научная статья на тему 'Разделение бедных сульфидных руд методом электрического пробоя'

Разделение бедных сульфидных руд методом электрического пробоя Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
114
32
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ / ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ РАЗУПРОЧНЕНИЕ РУД / УДАРНОЕ РАЗРУШЕНИЕ / СУЛЬФИДНАЯ РУДА / БЕДНАЯ РУДА / ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ / ELECTRICAL CONDUCTIVITY / ELECTRIC SOFTENING ORES / IMPACT FRACTURE / SULFIDE ORE / POOR ORE / GRINDING

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Афанасьев Анатолий Ильич, Паньков Сергей Александрович, Потапов Валентин Яковлевич, Симисинов Денис Иванович, Угольников Александр Владимирович

Рассмотрен электротермический процесс рудоподготовки кусков бедных сульфидных руд крупностью до 100 мм к последующему измельчению методом, основанным на разрушении горных пород под воздействием энергии электромагнитных волн электрического поля. Результаты расчетов подтверждены экспериментальными исследованиями. Полученные зависимости позволяют сделать вывод, что электрообработка бедных сульфидных руд позволяет существенно сократить объемы переработки горной массы, снизить энергоемкость измельчения, повысить концентрацию полезного ископаемого.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Афанасьев Анатолий Ильич, Паньков Сергей Александрович, Потапов Валентин Яковлевич, Симисинов Денис Иванович, Угольников Александр Владимирович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Separation of poor sulphide ores by electrical breakdown

There is considered the electrothermal process of preparation of poor sulfide ores pieces size up to 100 mm for the subsequent grinding by method based on the rock destruction under the influence ofelectromagnetic wave energy of electric field. The calculation results are confirmed by experimental studies. The obtained dependences allow us to conclude that the electroprocessing of poor sulfide ores can significantly reduce the amount of processing of the rock mass, to reduce energy milling, to increase the concentration of minerals.

Текст научной работы на тему «Разделение бедных сульфидных руд методом электрического пробоя»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 622.75

РАЗДЕЛЕНИЕ БЕДНЫХ СУЛЬФИДНЫХ РУД МЕТОДОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРОБОЯ

Афанасьев А. И., Паньков С. А., Потапов В. Я.,

Симисинов Д. И., Угольников А. В.

Рассмотрен электротермический процесс рудоподготовки кусков бедных сульфидных руд крупностью до 100 мм к последующему измельчению методом, основанным на разрушении горных пород под воздействием энергии электромагнитных волн электрического поля. Результаты расчетов подтверждены экспериментальными исследованиями. Полученные зависимости позволяют сделать вывод, что электрообработка бедных сульфидных руд позволяет существенно сократить объемы переработки горной массы, снизить энергоемкость измельчения, повысить концентрацию полезного ископаемого.

Ключевые слова: электропроводность; электрическое разупрочнение руд; ударное разрушение; сульфидная руда; бедная руда; измельчение.

Совершенствование технологии и экономики обогащения в последние годы связывается с введением в рудоподготовительный передел операций предварительного разделения горной массы, позволяющих после первых стадий дробления удалить из процесса породные фракции. В настоящее время около 40-50 % всех энергетических затрат обогатительных фабрик относятся к этапу подготовки сульфидных руд к глубокому обогащению, которое предполагает многостадийное дробление и последующее тонкое измельчение

руд.

Интерес представляют работы, связанные с новыми методами снижения энергетических затрат на рудоподготовку, основанными на ослаблении связей между частицами минералов в кусках горных пород, в которых применяется невзрывное и немеханическое воздействие на породу [1, 2].

Изменение физического состояния и химических свойств минеральных веществ при их диспергировании представляет определенный научно-практический интерес для снижения энергетических затрат на первых стадиях рудоподготовки и активации минералов при их измельчении.

В данной работе рассмотрен электротермический процесс рудоподготовки кусков сульфидных руд крупностью до 100 мм к по-

следующему измельчению. Метод основан на разрушении горных пород под воздействием энергии электромагнитных волн электрического поля. В результате определенные объемы сульфидов нагреваются, их объем увеличивается, и в породе появляются растягивающие напряжения, которые приводят к разрушению куска породы по границам связей между частицами минералов [1].

При электротермических способах разрушения горная порода выступает в качестве преобразователя энергии - электромагнитной в тепловую, а тепловой - в механическую, являясь инструментом, производящим разрушение [1].

Поглощение электромагнитной энергии W породой определяется ее электропроводностью для низких частот электромагнитного поля. Количество выделившейся в породе тепловой энергии определяется законом Джоуля-Ленца [1, 3]:

ч

W = J qu E 2V1dt,

0

где qп - электропроводность породы, Ом-1; Е -напряженность электрического поля, А/м; V1 - объем породы, занятый полем, м3; tk - время действия электрического поля в породе, с.

В результате воздействия электрического поля возникает тепловой пробой - процесс

58

Известия Уральского государственного горного университета

перехода диэлектрика или полупроводника в проводник за счет потери изоляционных свойств твердых тел.

Рассмотрим процесс разрушения горных пород с использованием установки, разработанной в Уральском государственном горном университете (рис. 1).

Рис. 1. Схема разрушения породы электрическим пробоем:

1 - кусок породы; 2 - канал пробоя; 3 - энергетическая установка; 4 - рабочее место; 5 - подводящие кабели

Установка представляет собой полуавтомат, в котором напряжение, подаваемое на электроды, автоматически регулируется по величине тока так, что энергия, вводимая в канал пробоя, поддерживается на заданном уровне, как правило, равной номинальной. Максимальное напряжение на электродах в этих установках - 6 кВ.

следующим её разрушением (рис. 4).

Рис. 3. Зоны пробоя куска при воздействии электрического заряда

Рис. 4. Разрушение куска при воздействии элекгриче-ского заряда

Рис. 2. Схема установки электродов на куске

Установка работает следующим образом: электроды устанавливают на кусок породы с противоположных сторон (рис. 2), на электроды подается напряжение. Затем в точках контакта последних с породой возникает дуга и происходит оплавление породы (рис. 3) с по-

Для оценки влияния степени разрушения кусков после теплового пробоя было произведено их дробление ударом. Энергия удара изменялась от 75 до 200 Дж, в зависимости от их крупности. На рис. 5 представлены образцы после ударного разрушения.

а б

Рис. 5. Результаты разрушения кусков: а — образец, не подвергаемый тепловой обработке; б — образец, подвергаемый тепловой обработке

Гранулометрические характеристики на основе ситового анализа представлены на рис. 6.

№ 4(40), 2015

59

Суммарный выход, %

Рис. 6. Суммарные характеристики сульфидной руды: а — образец, не подвергаемый электрообработке; б — образец, подвергаемый электрообработке

В результате исследования установлено, что электрообработка сульфидной руды позволяет разрушать куски с образованием

большого количества кусков мелких классов крупности (см. рис. 6, б) по сравнению с кусками, не подвергнутыми электрообработке (рис. 6, а). Установлено, что основная концентрация свободных сульфидов находится в классе -10.. .+0 мм. Параметры процесса разрушения бедной медно-цинковой руды приведены в таблице.

На рис. 7 приведена зависимость относительной энергии разрушения от энергии удара.

В результате электрической обработки установлено, что энергия разрушения кусков сульфидной руды снижается по сравнению с кусками необработанной руды. На рис. 7 видно, что чем больше степень дробления, тем больше удельные затраты энергии. Поэтому, по нашему мнению, эффективность процесса дробления целесообразно оценивать отноше-

Параметры процесса разрушения бедной медно-цинковой руды

Средневзвешенный размер кусков до дробления, di, мм Степень дробления, i Энергия удара, E, кДж Относительная энергия разрушения, Еу / i, кДж/кг

33 3,75 75 0,45

41 3,6 104 0,39

49 3,8 139 0,29

56 3,1 184 0,25

нием удельной энергии разрушения к степени разрушения, тем совершеннее в конструктив-дробления, т. е. относительной энергии раз- ном исполнении установка и эффективнее рушения. Чем меньше относительная энергия процесс.

Относительная энергия разрушения, кДж/кг

Л ЛО -0,006*

у = 0,68e 2

R = 0,967

Рис. 7. Зависимость относительной энергии разрушения от энергии удара

Использование данного метода позволит значительно снизить последующие энергетические затраты на измельчение в результате разрушения приконтактной зоны сростков

сульфидов, что позволяет при разработке технологической схемы выделять сульфиды в отдельные продукты и перерабатывать по различным схемам измельчения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Новые методы разрушения горных пород: учеб. пособие для вузов / М. А. Емелин [и др.]. М.: Недра, 1990. 240 с.

2. Молчанов В. И., Селезнева О. Г., Жирнов Е. Н. Активизация минералов при измельчении. М.: Недра,

60

Известия Уральского государственного горного университета

1988, 208 с.

3. Ржевский В. В., Новик Г. Я. Основы физики горных пород. М.: Недра, 1978. 359 с.

4. Математическая модель разделительного аппарата для бедных сульфидных руд / А. И. Афанасьев [и др.] // Изв. вузов. Горный журнал. № 2. 2014. С. 63-68.

Афанасьев Анатолий Ильич - доктор технических наук, профессор кафедры технической механики. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева 30, Уральский государственный горный университет. E-mail: gmf.tm@ursmu.ru

Паньков Сергей Александрович - аспирант. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева 30. E-mail: ser_pankov@list.ru

Потапов Валентин Яковлевич - доктор технических наук, профессор кафедры горной механики. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева 30, Уральский государственный горный университет. E-mail: 2c1@inbox.ru

Симисинов Денис Иванович - кандидат технических наук, доцент кафедры эксплуатации горного оборудования. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева 30, Уральский государственный горный универ-ситет. E-mail: 7sinov@mail.ru

Угольников Александр Владимирович - кандидат технических наук, заведующий кафедрой электро-техники. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева 30, Уральский государственный горный университет. E-mail: aleksandr.ugolnikov@m.ursmu.ru

№ 4(40), 2015

61

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.