CC BY
114
УДК 622.7:669.223.321
Храмов Анатолий Николаевич Anatoly Hramov
АЛГОРИТМ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСКРЫВАЕМОСТИ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ И ЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ РУД
RESEARCH ALGORITHM OF VALUABLE COMPONENTS DETECTION AND ITS APPLICATION TECHNOLOGICAL POSSIBILITIES AT ORE REDUCTION
Оптимизация крупности измельчения при подготовке минерального сырья для обогащения производится путем проведения серии опытов по измельчению руды с различными промежутками времени и изучение зависимости показателя порционной контрастности от степени разрушения с учетом шламовых классов крупности одной фракцией
Ключевые слова: оптимизация, крупность измельчения, минеральное сырьё, обогащение, показатель порционной контрастности, шламовая фракция
Optimization the lump milling during mineral raw preparation for enrichment produced by undertaking to series experience on milling of ore with different period and study of factor’s dependencies on contrasts portion from degree of destruction considering slurry classes of the same fraction lump size
Key words: optimization, lump milling, mineral raw, enrichment, index of contrasts portion, slurry fraction
Динамика изменения качества добываемых твердых полезных ископаемых показывает, что содержание в них ценных компонентов систематически снижается. Эта тенденция объясняется невосполни-мостью запасов полезных ископаемых в недрах земной коры и прогрессирующими темпами потребления материалов, получаемых из минерального сырья, а также вовлечением в эксплуатацию месторождений бедных, забалансовых и руд, залегающих в сложных горно-геологических условиях, для отработки которых требуется применение высокопроизводительного горного оборудования и систем с массовым обрушением [1; 2].
В этих условиях возрастает роль развития технологии обогащения полезных ископаемых, что в свою очередь предпо-
лагает совершенствование и создание принципиально новых способов проведения исследований на обогатимость минерального сырья, в том числе выбора оптимальных параметров процесса измельчения.
Исследованием руд по выбору оптимальной крупности подготовительных процессов занимаются множество зарубежных и отечественных ученых. Далее приводятся несколько известных способов, востребова-ных исследователями.
Способ оптимизации параметров измельчения перед флотационным обогащением выявлен путем проведения серии опытов по флотации проб исследуемой руды, где степень измельчения включается в процесс исследования флотируемости в качестве варьируемого параметра [3].
Способ, где по графической зависимости коэффициента раскрытия (извлечение в сростковую фракцию) от продолжительности измельчения определяется коэффициент раскрытия для заданного времени измельчения, значение которого по шкале классификации определяет категорию раскрываемости [4].
Экспериментальный способ определения и прогнозирования оптимальной степени раскрытия полезных минералов при измельчении руды с помощью модернизированной в ЗАО «Механобр инжиниринг» системы анализа микроизображения «Видеоплан» с применением собственных программ измерений и обработки данных [5].
Способ по выбору оптимальных параметров измельчения руды по следующим критериям оценки раскрываемости ценного минерала: показателя контрастности (М), степени статического фазового раскрытия (Ь), показателя селективности (П) [6].
Кроме того, в настоящее время при применении крупнокусковой сепарации широко используется классификация, характеризующая обогатимость минерального сырья в зависимости от величины показателя контрастности. Как известно, количественной характеристикой ( показателем) контрастности пробы минерального сырья является средневзвешенное относительное отклонение содержаний ценного компонента во фракциях от среднего его содержания в пробе [7], обозначается символом М и определяется по формуле
X |(Д ~а">\
м = -± , (1)
100 -а
где а — содержание ценного компонента в пробе, %;
— содержание ценного компонента в кусках (фракциях), %;
— выход куска (фракции) от общей массы изучаемой пробы, %;
г — порядковый номер куска (фракции) изучаемой пробы;
п — число кусков (фракции) в пробе.
Математическая зависимость рассчитанного по формуле ( 1) показателя кон-
трастности от времени измельчения проб руды (или выхода готового класса Р 0 074) имеет пропорциональную закономерность и может изменяться в пределах 0...2,0 (рис. 1, б), она не определяет границы значений оптимальных параметров процесса измельчения.
Щ Пробы руды, измельченные со временем (()
I я
Показатель контрастности (М)
- фракция перекзмельченных зернен вмещающих пород кгоН - фракция раскрытых зернен вмещающих пород Е2Э - фракция зернен сростков
- фракция раскрытых зернен ценного минерала КуУД - фракция перетиельченных зернен ценного минерала
5) м
ь !2 ч и ч ч *7
Р-М7-! $-0.071 Р-И.0'4 Р-11,07-1 Р-11.Я74 Р-11,117-1 Р-0,07^
----------1---1----1---1---1---!----1---<—вРис. 1. Схема (а) распределения фракций измельченных проб руды с различными промежутками времени (tn) и график (б) зависимости показателя контрастности от выхода готового класса (Р-0 04
Основной недостаток перечисленных способов заключается в том, что выбор оптимальных параметров процесса измельчения руды и степени раскрытия ценного минерала от продолжительности измельчения по математическим моделям, имеющим пропорциональную зависимость, не представляется возможным по причине отсутствия экстремумов, т.к. определяется динамика процесса и категория (класс) измельчаемости или раскрываемости, а не
численное значение оптимальных параметров процесса измельчения.
Минеральное рудное сырье, перерабатываемое на обогатительных фабриках, представляет смесь породных и рудных минералов, обладающих различными физико-механическими свойствами, в том числе измельчаемостью и раскрываемостью.
Раскрываемость минералов — одно из технологических свойств руды, характеризующее процесс перехода сростковых зерен ( полиминеральных по составу) в мономи-неральные зерна при измельчении. Область оптимальных параметров процесса измельчения руды характеризуется максимальной степенью раскрытия и минимальной степенью переизмельчения ценного минерала. При измельчении руды для достижения максимального раскрытия ценного минерала образуется труднообогатимая часть материала — шламы (переизмельченные зерна минералов) , составляющими которой могут быть как частицы ценного минерала, так и частицы вмещающих пород.
Вредное влияние шламов при флотации происходит в результате их налипания на поверхность флотируемых минералов, что резко ухудшает извлечение в концентрат и его качество, и за счет поглощения и разложения своей развитой поверхностью реагентов вызывают значительное увеличение их расхода. Кроме того, обладая повышенной способностью к растворению, они могут вызывать нежелательную активацию депрессируемых или депрессию флотируемых минералов, что приводит к значительному ухудшению селективности флотационного процесса [8].
Нейтрализация вредного действия шламов при флотации до настоящего времени является проблемой [8]. Для этого на практике часто используют предварительное обесшламливание перед измельчением, в процессе измельчения или перед флотацией. Выделенные таким образом шламы помимо минералов вмещающих пород часто имеют значительное содержание пере-измельченных ценных минералов. Другой способ уменьшения влияния шламов — обработка пульпы реагентами-пептизатора-
ми, которые гидрофилизуют поверхность шламистых частиц, предотвращают их коагуляцию и осаждение на более крупных зернах флотируемых минералов, обеспечивая тем самым их эффективную флотацию. Снижение вредного влияния шламов и максимально возможное исключение их образования значительно возрастает при обоснованном выборе схемы и обеспечении оптимальных условий измельчения, исключающих излишнее переизмельчение минералов.
Для наглядности процесс раскрытия минеральных составляющих руды, измельченной с различными промежутками времени, схематично можно представить следующим образом (рис. 1, а):
— начальное состояние (поз. А) — исходная руда, фракционный состав которой есть максимальный выход фракции сростков плюс незначительный выход фракций раскрытых зерен ценного минерала и зерен вмещающих пород;
— конечное состояние (поз. Б) — измельченная проба руды, фракционный состав которой соответствует полному раскрытию ценного минерала ( отсутствию фракций сростков). При этом наблюдается максимальный выход фракций раскрытых зерен ценного минерала и вмещающих пород, а также максимальный выход фракции шламов — переизмельченных зерен ценного минерала и вмещающих пород;
— промежуточные состояния — пробы руды (измельченных с различными промежутками времени Ш), фракционный состав которых представлен различным соотношением выходов перечисленных фракций и характеризуется определенными значениями показателя контрастности.
Значение оптимальных параметров процесса измельчения следует ожидать в области между сечениями 1-1 (минимальный выход шламовой фракции при максимальном выходе нераскрытых сростков) и 11-11 (отсутствие нераскрытых сростков при максимальном выходе шламовой фракции), см. рис. 1, а.
В процессе исследований выявлено, что если условно объединить фракции шла-
мов зерен ценного минерала и вмещающих пород см. рис. 2, в (т.е. практически не подвергать фракционированию шламовый класс крупности) , то данная фракция по содержанию ценного компонента будет занимать среднее положение между раскрытыми фракциями, и с увеличением выхода её значение показателя порционной контрастности в области между сечениями 1-1 и 11-11 снижается (рис. 2, г). При этом функция зависимости показателя контрастности от времени измельчения проб руды (или выхода готового класса Р 0 074) приобретает экстремум, который позволяет определить графическим или математическим путем ( по математической модели) численное значение оптимальных параметров процесса измельчения руды.
Показатель порционной контрастности в этом случае можно использовать при изучении раскрываемости ценных компонентов в процессе измельчения руды в следующей последовательности действий (алгоритме):
— от объёма исследуемой руды производится отбор представительной пробы, деление её на 5.6 равнозначных рабочих проб и их измельчение в течение различных промежутков времени на лабораторной или полупромышленной мельнице. Выбор типоразмера мельницы зависит от массы и крупности кусков пробы, схемы и способа измельчения;
— выполняется разделение измельченных проб на классы крупности путем сокращения их до навесок массой 200.500 г, рассева навесок с использованием ситового анализатора с набором контрольных сит. Граничный диаметр зерен шламовой труднообогатимой части руды определяется технологическими возможностями выбранного обогатительного аппарата и составляет 5.15 мкм при флотации в зависимости от типа флотомашин и от 10 мкм до 0,5 мм в зависимости от гравитационного метода и стадии обогащения;
— методами оптической или электронной микроскопии производится разделение сокращенных навесок каждого класса крупности на 3.4 фракции:
Рис. 2. Схема (в) распределения фракций измельченных проб руды с различными промежутками времени (tn) и график (г) зависимости показателя контрастности от выхода готового класса (Р( 04 при объединении шламовых фракции зерен ценного минерала и вмещающих пород
1) раскрытых зерен ценного минерала;
2) сростков (зерна, содержащие ценный минерал и минералы вмещающей породы) или двух фракций и более из сростков породных и других ценных минералов;
3) фракции раскрытых зерен минералов вмещающей породы. Фракционирование шламовой фракции не производится. Определяются для каждой фракции выход и содержание ценного компонента;
— по результатам фракционного состава рассчитывается показатель порционной контрастности для каждой измельченной пробы с учетом выхода и извлечения ценного компонента в шламовую фракцию и производится построение математической
зависимости показателя порционной контрастности от продолжительности измельчения или выхода готового класса крупности. Определение оптимальных параметров процесса измельчения выявляется по экстремуму построенной математической модели.
Расчет показателя порционной контрастности (Мп) по предлагаемому алгоритму производится по формуле
т
X |(Д-а)| 'У \е -У I
м =-1____________________+\—______— , (2)
п 100-а 100
где т — число кусков (фракций), составляющих пробу, без шламовой фракции;
а — извлечение ценного компонента в
шл ^
шламовую фракцию, %;
ушл — выход шламовой фракции от общей массы изучаемой пробы, %.
Таким образом, использование показателя порционной контрастности в новом качестве, как объективного методического инструмента по оценке раскрываемости ценных компонентов при измельчении руд по приведенному алгоритму, позволяет количественно определить границу критического перехода ценного минерала в трудно-обогатимые шламы и практически решить следующие технологические задачи:
— производить выбор оптимальных параметров процесса измельчения без проведения экспериментальных опытов разделительных процессов при исследовании на обогатимость минерального сырья в лабораторных и полупромышленных условиях;
— определять теоретические прогнозные показатели обогащения и оценивать проектную или действующую технологии переработки исследуемого минерального
сырья на ранней стадии технологических исследований и проектирования по кривым контрастности, построенным на результатах фракционирования измельченной пробы в области выявленных оптимальных параметров;
— выявлять оптимальные параметры измельчения для раскрытия каждой минеральной составляющей полиметаллических (полиминеральных) руд, а также очередность раскрытия ценных компонентов при проведении технологических исследований, что является базовой информацией для обоснования в целом схемы обогащения;
— производить уточнение и корректирование технологического режима измельчения в промышленных условиях с учетом технологических особенностей и машинных классов работающего оборудования, выявленных при изучении гранулометрического и фракционного состава как хвостов, так и концентрата обогатительного цикла;
— использовать показатель порционной контрастности, определяемый по формуле (2), как критерий количественной оценки раскрываемости полезных минералов при создании программ для математической обработки данных системы анализа микроизображения при электронном методе изучении раскрываемости ценного минерала с целью определения оптимальной степени измельчения руды.
В этой связи применение данного алгоритма исследований при решении проблем технологического характера на горно-обогатительных предприятиях и научно-исследовательских лабораториях позволит в целом повысить эффективность технологии обогащения минерального сырья.
Литература
1. Ревнивцев В.И. Подготовка минерального сырья к обогащению и переработке. — М.: Недра, 1987.
2. Фатьянов А.В., Никитина Л.Г., Глотова Е.В. Технология обогащения полезных ископаемых: учеб. пособие. — Чита: ЧитГУ, 2003. — С. 7.
3. Митрофанов С.И., Барский Л.А., Самыгин В.Д. Исследование полезных ископаемых на обогатимость. — М.: Недра, 1974. — С. 25.
4. Исследование полезных ископаемых на обогатимость: метод. указ. / сост. О.Н. Белькова, С.Б. Леонов. — Иркутск: ИГТУ, 1996. — 43 с.
5. Аксенова Г.Я. Количественная оценка степени раскрытия минералов при измельчении руд // Обогащение руд. - 2005. - № 3. - С. 14-18.
6. Лагов Б.С., Башлыкова Т.В., Лагов Б.С. [и др.]. Комбинированная технология обогащения хромитовых руд на основе сочетания радиометрических и гравитационных методов // Горный журнал. — 2002. —№ 9. — С. 39-46.
7. Мокроусов В.А. Контрастность руд, ее определение и использование при оценке обогати-мости // Минеральное сырье. — 1960. — Вып. 1.
8. Абрамов А.А. Технология переработки и обогащения руд цветных металлов: учеб. пособие В 2 кн., Кн. 1. Рудоподготовка. — M.: МГГУ, 2005. — С. 116-117.
Коротко об авторе____________________________________________________Briefly about the author
Храмов А.Н., канд. техн. наук, докторант, доцент, A. Chramov, candidate of technical sciences, doctoral
каф. ОПИиВС, Забайкальский государственный candidate, assistant professor, Zabaikalsky State Uni-
университет (ЗабГУ) versity
Научные интересы: инновационные и экологи- Scientific interests: innovative and ecologically safe
чески безопасные технологии переработки мине- technologies of mineral raw materials processing
рального сырья
