CC BY
31
© П.К. Федотов, 2013
УДК 622.7 П.К. Федотов
ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ РУДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРАДИЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ РУДОПОДГОТОВКИ В СРАВНЕНИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОБЪЁМНОГО РАЗРУШЕНИЯ РУДЫ
С целью сравнения эффективности дезинтеграции руды при объёмном разрушении и по традиционной методике, были проведены исследования её разрушения с помощью моделирования схем рудоподготовки в лабораторных условиях. Для сравнения эффективности были определены показатели, по методике Ф. Бонда. Ключевые слова: руда, индекс Бонда, дезинтеграция, роллер-пресс, микротреши-ны, дробление, измельчение, трещина, напряжение, селективность, разрушение.
При разрушении руды в роллер-прессе измельчение происходит в слое материала, при этом вновь образованные частицы, воздействуют друг на друга, разрушая соседние, с меньшей потенциальной энергией. Данный процесс в роллер прессе происходит при давлении одного поджимающего валка вращающегося синхронно второму. Давление передаётся частицам находящимся внутри слоя материала. Доказано, что процесс межчастичного разрушения по своему механизму полностью соответствует дезинтеграции частиц в поршневом прессе [1].
Для изучения процесса объёмного разрушения слоя частиц автором было принято решение воспроизвести отдельные процессы, происходящие с рудой в роллер прессе посредством применения специально разработанной методики и аппаратного оформления. В предыдущих публикациях автора [2] представлена испытательная капсула межчастичного разрушения (ИКМР), которая создана для изучения процесса объёмного измельчения в поршневом прессе и анализа энергопотребления при разрушении руды в роллер прессе.
С целью сравнения эффективности дезинтеграции руды при объёмном разрушении и по традиционной методике, были проведены исследования её разрушения с помощью моделирования схем рудоподготовки в лабораторных условиях: рис. 1 — традиционной схемы рудоподготовки, рис. 2 — с применение ИКМР. Для сравнения эффективности были определены показатели, по методике Ф. Бонда на основании которых рассчитываются параметры (размеры, мощность) промышленной шаровой мельницы для измельчения данной руды на обогатительной фабрике с оптимальными (минимальными) затратами электроэнергии.
Исследуемый материал
Материал руды представлен кварцем, гранитом крупнокристаллическим, гематитом и малахитом. Основным ценным компонентом в пробе является золото, серебро. По составу мелкообломочный материал пробы представлен, в основном, измененными катаклазированными гранитами, значительно ожелез-
Щековая дробилка
Валковая дробилка
II, III
Исходная руда ненными по трещинкам, и
обломками жильного кварца (10—15 %), трещиноватого, частично обохренно-го, с нашлепками зеленого малахита по трещинкам. Граниты в шлифах в различной степени изменены: полевые шпаты и серици-тированы и ожелезнены, плагиоклаз частично замещается калишпатом, эпидо-том, биотит - хлоритизиру-ется, кварц обычно давлен, гранулирован. По трещинкам развиваются бурые г/о железа, окрашивая породу. В жильном кварце с блочной текстурой по трещинкам развиваются бурые г/о железа, тонкие чешуйки бурой гидрослюды и агрегаты зеленого малахита, кое-где образующего крупные (до 0,15 мм) зерна.
Моделирование процесса разрушения
Моделирование традиционной схемы рудоподготовки проводим в две стадии дробления на щековой и валковой дробилке в замкнутом цикле с грохотом для
Таблица 1
Анализ гранулометрического состава при измельчении по традиционной схеме №1
Грох очение
-5 мм. 85%. +5 мм.
В\лЛ
Рис. 1. Моделирование традиционной схемы рудоподготовки (схема №1)
Класс крупности Выход, % Сумма, %
-5 +3,35 12,0 100,0
-3,35 +1 45,3 88,0
-1 +0,5 12,7 42,7
-0,5 +0,071 25,8 30,0
0 4,2 4,2
100,0
Таблица 2
Анализ гранулометрического состава при межчастичном измельчении по схеме №2
Класс крупности Выход, % Сумма, %
-5 +3,35 12,0 100,0
-3,35 +1 38,8 88,0
-1 +0,5 13,7 49,2
-0,5 +0,071 28,3 35,5
0 7,2 7,2
100,0
Исходная руда
Г
9052 гр.
Не дробимый подукт 2-4% т=181 гр.
Щековая дробилка - -
т
Центральная юна Пресс
Краевая зона Волковая дробилка -
ЛИ
90%ш= S147 гр. 85% класса -5мм гп= 6962 гр.
S° от =724 гр 859-Ь Класса -5мм т= 615 гр.
100° an = 905 2 гр. 85% Класса -5mmi =
7577 гр
BWi
Рис. 2. Моделирование объёмного разрушения руды (схема № 2)
получения необходимой нам крупности рис. 1.
Моделирование разрушения руды в роллер прессе с применением ИКМР представлено на рис. 2. От исходной руды с помощью делителя Джонсона отбираем навеску в 2 — 4 % от общей массы экспериментальной пробы, тем самым моделируем просыпи. Оставшуюся пробу дробим в щековой дробилке (I стадия — зона предварительного давления в роллер прессе). Известно, что в связи с неравномерным распределением давления по длине валков в связи с их перекосом в роллер прессе наблюдается эффект краевых зон. Руда при более низком давлении по краям валков разрушается менее эффективно и закрупняется. По данной причине было принято решение моделировать разрушение руды в лаборатории в соответствии с данным эффектом. Известно что краевой эффект составляет 6-8 % по объёму перерабатываемой руды. Для этого делением отбираем навеску 90 % от общей массы, эмитируя центральную зону роллер пресса, производим разрушение материала II, под действием высокого давления в ИКМР. Оставшиеся 6-8 % являются краевой зоной роллер пресса. Разрушение руды в краевой зоне моделируем в валковой дробилке - III. Полученные три навески объединяем для проведения определения рабочего индекса шарового измельчения Бонда.
По полученным экспериментальным пробам проводим гранулометрический анализ и строим гранулометрические характеристики рис. 3.
По проведенному гранулометрическому составу и построенной характеристике крупности видно, что при равных исходных условиях разрушения руды под высоким давлением проходит эффективнее, чем дробление руды по традиционной схеме. Основное достоинство объемного разрушения — это наличие большего количество мелкого класса -1 +0 мм. Учитывая этот факт уже на данном этапе исследования можно прогнозировать более эффективное протекание измельчения в шаровой мельнице руды подготовленной по средствам межчастичного разрушения. Кроме того принимая во внимание результаты ситового анализа, по результатам которого установлено, что в исходной пробе полное высвобождение рудных минералов происходит в классе -0,2+0,1 мм и -0,1+0,074 можно предположить, что и процесс обогащения будет проходить более эффективно.
Результаты ситового анализа исходного питания лабораторной шаровоймельннцы Бонда по схеме №1
Размер отверстия Выход подрешетного продукта Суммарный
сита, мкм гр % выход %
-3 350 0,0 0,0 0,0
-3 350 +2 360 361,0 29,1 100,0
-2 360 +1 700 209,0 16,8 70,9
-1 700 +1 180 122,0 9,8 54,1
-1 180 +850 85,0 6,8 44,3
-850 +600 67,0 5,4 37,4
-600 +425 71,0 5,7 32,0
-425 +300 70,0 5,6 26,3
-300 +212 74,0 6,0 20,7
-212 +150 60,0 4,8 14,7
-150 +106 47,0 3,8 9,9
-106 +75 31,0 2,5 6,1
-75 +0 45,0 3,6 3,6
Итого: 1 242,0 100,0 0,0
Определение рабочего индекса шарового измельчения Бонда (БШ1).
Для определения эффективности дезинтеграции руды при объёмном разрушении и по традиционной методике определим и проанализируем «индекс чистой работы».
Тест на измельчаемость руды по методике Бонда служит для определения в лабораторных условиях показателей, на основании которых можно рассчитать параметры (размеры, мощность) промышленной шаровой мельницы. По методике Ф. Бонда измельчаемость характеризуется «индексом чистой работы» БШь Индекс чистой работы по Бонду определяется по результатам сухого измельчения исследуемой руды в лабораторной шаровой мельнице.
Для проведения теста от исходной руды крупностью -3,36 мм отбирается проба весом 5-7 кг. От данной пробы с использованием желобчатого делителя Джонса отбирается представительная навеска массой 1 кг для сивого анализа исходного питания. Результаты ситового анализа представлены в табл. 3, 4, рис. 4.
С графика ситовой характеристики рис. 4 снимается значение Г80 (размер отверстия сита, мкм), при котором выход материала составит 80 %, и от точки ее пересечения с графиком снимается значение размера Г2 на оси абсцисс. Размер Р2 в первом опыте равен 2 632 мкм, во втором опыте Г2 равен 2147 мкм.
В шаровую мельницу загружается навеска по весу равная 700 см3исход-ного материала. После остановки мельницы производим ее разгрузку и отсев из измельченного материала готового класса Р1 (контроль производим по
Результаты ситового анализа исходного питания лабораторной шаровой мельницы Бонда по схеме №2
Размер отверстия сита, мкм Выход подрешетного продукта Суммарный выход %
гр %
-3 350 0,0 0,0 0,0
-3 350 +2 360 212,0 15,8 100,0
-2 360 +1 700 171,0 12,7 84,2
-1 700 +1 180 126,0 9,4 71,5
-1 180 +850 98,0 7,3 62,2
-850 +600 79,0 5,9 54,9
-600 +425 86,0 6,4 49,0
-425 +300 93,0 6,9 42,6
-300 +212 83,0 6,2 35,7
-212 +150 69,0 5,1 29,5
-150 +106 49,0 3,6 24,4
-106 +75 112,0 8,3 20,7
-75 +0 167,0 12,4 12,4
Итого: 1 345,0 100,0 0,0
Таблица 5
Результаты теста на измельчаемость в лабораторной шаровой мельнице Бонда схема № 1
А В С Б Е Р в Н 3
& Питание мельницы Кол-во Измельченный продукт
3 Новое Кол-во го- оборотов Надре- Подре- Кол-во Кол-во гото- Циркул
питание тового мельницы шетный шетный готового вого класса ирую-
£ мельни- класса в в цикле продукт, продукт, класса получаемого шая
цы, гр. мельницы, гр. гр. образовав- на 1 оборот нагруз-
ки гр. шегося при мельницы, ка, %
и измельчении, гр.
1 1 345 279,0 90 1 059 286 7Р0 0,078 370
2 286 59,3 100 1 031 314 254,7 2,547 328
3 314 65,1 110 1 017 328 262,9 2,390 310
4 328 68,0 115 1 002 343 275,0 2,391 292
5 343 71,2 117 974 371 299,8 2,563 262
6 371 77,0 121 963 382 305,0 2,521 252
7 382 79,2 121 962 383 303,8 2,510 251
8 383 79,4 119 961 384 304,6 2,559 250
9 384 79,7 120 961 384 304,3 2,536 250
размеру отверстию сита 106 мкм). Производится расчет количества граммов подрешетного продукта получаемых на 1 оборот мельницы 0Ьр (гр/об). Восстанавливаем исходный вес загружаемой в мельницу навески, добавив исходной руды к остатку надрешетного продукта. Навеска должна получиться равная
Результаты теста на нзмельчаемость в лабораторной шаровой мельнице Бонда схема № 2
А В С Б Е Р в Н 3
Питание мельницы Кол-во Измельченный продукт
Я Е Новое Кол-во го- оборотов Надре- Подре- Кол-во Кол-во го- Цирку-
Ф питание тового мельницы шетный шетный готового тового лирую-
мельни- класса в в цикле продукт, продукт, класса класса по- щая на-
« цы, гр. мельницы, гр. гр. образовав- лучаемого грузка,
п гр. шегося при на 1 обо- %
измельчении, рот мель-
Я гр. ницы, гр.
1 1 345 279,0 90 1 059 286 7,0 0,078 370
2 286 59,3 100 1 031 314 254,7 2,547 328
3 314 65,1 110 1 017 328 262,9 2,390 310
4 328 68,0 115 1 002 343 275,0 2,391 292
5 343 71,2 117 974 371 299,8 2,563 262
6 371 77,0 121 963 382 305,0 2,521 252
7 382 79,2 121 962 383 303,8 2,510 251
8 383 79,4 119 961 384 304,6 2,559 250
9 384 79,7 120 961 384 304,3 2,536 250
Примечание: В = вес исходной руды, подаваемой в мельницу в каждом цикле, гр.
С = В*(количества класса крупности -106 мкм из ситовой исходного питания, %)/100, гр.
Б = обороты мельницы (показания счетчика на шаровой мельнице).
Е = Количество класса +106 мкм после цикла измельчения и ситовки, гр.
Р = количества класса - 106 мкм после цикла измельчения и ситовки, гр.
в = Р-С (количество класса -106 мкм образовавшегося при измельчении), гр.
Н = в/Б (количество класса -106 мкм получаемого на 1 оборот мельницы), гр.
Л = 100*(В1-Р)/Р (циркулирующая нагрузка), %
Таблица 7
Результаты ситового анализа подрешетного продукта 9 цикла первого опыта
Фракция, мкм. Выход с >ракций Суммарный выход, в %
в граммах в процентах
-106+75 -75+56 -56+45 -45+0 Итого: 87,0 74,0 107,0 90,0 358,0 24,3 20,7 29,9 25,1 100,0 100,0 75,7 55.0 25.1
Таблица 8 Результаты ситового анализа подрешетного продукта 9 цикла второго опыта
Фракция, мкм. Выход с >ракций Суммарный выход, в %
в граммах в процентах
-106+75 -75+56 -56+45 -45+0 Итого: 59,0 93,0 136,0 96,0 384,0 15,4 24,2 35,4 25,0 100,0 100,0 84,6 60,4 25,0
100,0 и
90,0
80,0
- 70,0 -ч
* 60,0 -со
>Е 50,0 -
-О
I 40,0 -30,0
¿Г
20,0 -I-------
10,0 ------
0,0 Т ! ! ! ! ! ! ^
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
крупность, мм.
Ф Схема №1 — Схема №2
Рис. 3. Анализ гранулометрического состава при измельчении по схеме №1, №2
Суммарный выход % ♦ ■ СЖема № 1 Схема N° 2
ши.и -90,0 ■
N
80,0 -70,0 - к: г
Г—
г
Г*
60,0- к—
И
50,0 - N
40,0 -
30,0 -
20 п - — * 00 11
10,0 -
0,0 -1 5 щ 1 00 1 £ 00 2 00 2 00 3 С 00 и эуп НО ЛЪ 3 м
Рис. 4. Гранулометрический состав исходного питания шаровой мельницы Бонда
крупность, мкм
Схема №1 — Схема №2
Рис. 5. Гранулометрическая характеристика подрешетных продуктов
по массе исходной. По величине СЬр предыдущего цикла измельчения и с
учетом циркулирующей нагрузки 250 % устанавливаем новое количество оборотов мельницы (или не изменять количество оборотов, если получается циркуляция 250 %). Повторяем цикл измельчения. Результаты измельчения заносятся в табл. 5, 6.
Измельчения проводим до тех пор, пока не будет получено равновесие в 23 циклах. Условия равновесия: средняя величина циркулирующей нагрузки составит 250 % ± 2 %, СЬр — будет иметь стабильное значение. После достижения равновесия выполняется ситовой анализ продуктов измельчения и определяется по графику величина Р80 , размер отверстия сита (мкм) при котором выход составит 80 %. Данные ситового анализа заносятся в табл. 7, 8.
Рассчитываем среднее значение СЬр по последним циклам измельчения. На
основании данных таблицы 7 и 8 строим график. На графике проводим линию параллельную оси абсцисс от уровня выхода равного 80 % и от точки ее пересечения с графиком снимаем значение размера Р2 на оси абсцисс. Р2 =79,7 мкм (первого опыта), Р2 =67,6 мкм (второго опыта).
Рассчитываем «индекс чистой работы» Бонда для шаровой мельнице. 44,5
Ш = -
(Р[)0,23 х (Сьр)082 х
( 10 10 ^
л/Р2 №.
где — индекс работы шаровой мельницы; Р1— размер отверстий сетки, использованной в тестах на измельчаемость для выделения готового класса из измельченного продукта, в мкм; СЬр — количество граммов подрешетного продукта (готового класса), получаемого за один оборот в лабораторной мельнице Бонда; Р2 — размер частиц в готовом классе измельченного продукта, суммарный выход которых по гранулометрической характеристике соответствует 80 %, в мкм; Г2 — размер частицы в питании шаровой лабораторной мельницы Бонда, выход которых по гранулометрической характеристике соответствует 80 %, в мкм.
Схема №1:
44 5
Ш =-^-^ = 11,42.
(106)023 х (1,56)082 х Схема №2:
10 10
779,7 72632
44 5
Ш =-44,5-г = 7,09.
(106)023 х (2,53) х
10 10
767,6 л/2147
В результате проведенного исследования определен рабочий индекс Бонда шарового измельчения, который составил в первом опыте = 11.42 кВт ч./кор.т., во втором опыте = 7.09 кВт ч./кор.
Выводы
Дезинтеграция руды с помощью межчастичного разрушения при равных исходных условиях образует на 6,5 % больше мелкого класса -1+0 мм, в сравнении с традиционными аппаратами. Данный эффект можно объяснить тем, что воздействию подвергается весь объём навески, тогда как в традиционных аппаратах часть материала проходит через процесс либо при недостаточном для разрушения уровне воздействия, либо вообще не попадает под воздействие мелющих органов аппарата
По результатам определения рабочего индекса Бонда, было выявлено, что требуется на 30 % меньше энергии для измельчение материала в шаровой мельнице подготовленного по схеме с использованием объёмного разрушения руды по сравнению с материалом, дезинтегрированным традиционным способом. Данный эффект можно объяснить наличием процесса разупрочнения кусков руды, которые подвергались объёмному разрушению руды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федотов П. К. Межчастичное разрушение руды — М.: ООО «Геоинформмарк», 2011. — 136 с.
2. Лейбовиц А. Разрушение. Т.7,4.1. Неорганические материалы / А. Лейбовиц — М.: Мир, 1967. — С.61-128.
3. Патцельт Н. Измельчение высоким давлением - задачи в новом тысячелетии / Н. Патцельт, Г. Кнехт, Э. Бурхардт, Р. Кли-мовски // Доклады 7-й конф. операторов мельниц, — Калгари, 2002. — С. 21—23.
4. Ставрогин А.Н. Прочность горных пород и устойчивость горных выработок на больших глубинах / А.Н. Ставрогин, А.Г Протосеня - М.: Недра, 1985. - 271 с.
5. Ставрогин А.Н. Экспериментальная физика и механика горных пород / А.Н. Ставрогин, Б.Г. Тарасов - СПб.: Наука, 2001. - 342 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
6. Шимкович Д.Г. Расчет конструкций в MSC.Nastran for Windows / Д.Г. Шимкович -М.: ДМК Пресс, 2001. - 448 с.
7. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов: В 2 т. / Отв. ред. В.Е. Панин; Рос. АН, Сиб. отд., Ин-т физики прочности и материаловедения — Новосибирск: Наука, 1995. — 250 с.
8. Дашко Р.Э. Механика горных пород: Учебник для вузов / Р.Э Дашко - М.: Недра, 1987. - 264 с. 1Ш
Федотов Павел Константинович — кандидат технических наук, доцент, [email protected], Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГРАФА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ТЕРРИТОРИЙ С ПОВЫШЕННОЙ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКОЙ
Санфиров Игорь Александрович — доктор технических наук, профессор, заместитель директора, [email protected],
Ярославцев Александр Геннадьевич — кандидат технических наук, заведующий сектором моделирования сейсмоакустических процессов,
Жикин Александр Андреевич — аспирант, инженер отдела активной сейсмоакустики, Горный институт УрО РАН,
Сухинина Елена Владимировна — научный сотрудник,
Туманов Виктор Владимирович — заведующий отделом эколого-геофизических исследований, УкрНИМИ НАН Украины.
Рассмотрены варианты упрошенной и углубленной обработки сейсморазведочных данных, полученных в пределах подработанной территории Донбасса, осложненной тектоническими нарушениями. Проанализированы основные проблемы, возникаюшие при обработке данного типа сейсмического материала, на основе чего предложены оптимальные параметры систем наблюдений и графа обработки.
Ключевые слова: малоглубинная сейсморазведка, цифровая обработка, волны-помехи, FK-фильтрация, скоростной анализ, тектонические нарушения, надвиг.
IMPROVED DIGITAL PROCESSING SEISMIC DATA
FOR AREAS WITH HIGH NATURAL DEVELOPMENT PRESSURE
Yaroslavtsev A.G., Gikin A.A., Sanfirov I.A., Tumanov V.V.,Sukhinin E.V. The variants of the simplified and detailed analysis of seismic data obtained within the territory of the underworked, complicated faults. Analyzes the main problems associated with this type of processing seismic data, based on which offered the optimum parameters of observation systems and graph processing.
Key words: digital processing, shallow seismic, coherent noise, FK-filtering, velocity analysis, faults, thrust.
