CC BY
19
УДК 622.75
А.И. Афанасьев, Д.С. Стожков, В.Я. Потапов, В.В. Потапов
ЭНЕРГОЕМКОСТЬ УДАРНОГО РАЗРУШЕНИЯ БЕДНЫХ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ РУД
Расширение переработки бедных руд вызывает увеличение затрат на производство концентратов. Экономическая эффективность работы горно-обогатительного производства тесно связана с разработкой и совершенствованием оборудования для подготовки горной массы к обогащению. Это может быть реализовано комбинированной технологией предварительного разделения руд. Рассмотрен способ рудоподготовки кусков бедных медно-цинковых руд крупностью до 80 мм к последующему дроблению и измельчению методом, основанным на разупрочнении горных пород при прохождении через них тока. Изложены результаты электрообработки медно-цинковых руд и дальнейшего дробления из ударом. Предложено оценивать эффективность процесса дробления отношением энергии разрушения к произведению степени дробления и массы, т.е. средней удельной энергии разрушения. Чем меньше средняя удельная энергия разрушения, тем совершеннее в конструктивном исполнении машина и эффективнее процесс. Результаты расчетов подтверждены экспериментальными исследованиями. Полученные зависимости позволяют сделать вывод, что электрообработка бедных сульфидных руд позволяет существенно сократить объемы переработки горной массы, снизить энергоемкость дробления и измельчения, повысить концентрацию полезного ископаемого.
Ключевые слова: электропроводность, электрическое разупрочнение руд, ударное разрушение, сульфидная руда, бедная руда, дробление.
В последнее время, в связи с отработкой месторождений с богатыми медно-цинковыми рудами, все больше перерабатывается бедные руды, что приводит к увеличению затрат на производство концентратов.
Экономическая эффективность работы горно-обогатительного производства тесно связана с разработкой и совершенствованием оборудования для подготовки горной массы к обогащению, т.е. предварительному обогащению. Это может быть реализовано комбинированной технологией предварительного разделения руд, включающей несколько различных аппаратов [1—4].
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-25-29
Забалансовые медно-цинковые руды Южного Урала содержат большое количество практически полностью пустой породы, которая в первую очередь должна быть удалена в хвосты.
Нами предлагается разделение данной руды по одному из контрастных признаков — электропроводности. Сульфидные вкрапления в бедной медно-цинко-вой руде имеют удельное сопротивление 10-3 Ом*м, а пустая порода на несколько порядков больше [5—7]. Электрическое сопротивление горной породы существенно зависит от содержания в ней то-копроводящих включений. В медно-цинковых рудах токопроводящими вкрапле-
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 10. С. 25-29. © А.И. Афанасьев, Д.С. Стожков, В.Я. Потапов, В.В. Потапов. 2017.
Рис. 1. Куски медно-цинковой руды после пробоя
ниями являются сульфиды и пириты. Их электрические свойства, а также теплоемкость, теплопроводность, коэффициенты объемного расширения, существенно отличаются от соответствующих характеристик вмещающих пустых пород. В связи с этим, при прохождении тока через кусок бедной руды происходит нагрев и расширение отдельных токопроводящих вкраплений, что может вызвать существенное увеличение напряжений растяжения, которые могут превысить предел прочности и стать причиной разрушения куска [8, 9]. Нами были проведены эксперименты с забалансовой сульфидной рудой. Состав этой руды характерен для аналогичных руд других месторождений Южного и Среднего Урала.
На рис. 1 показан куски медно-цинко-вой руды после пропускания через них тока. Разрушения кусков наблюдались при наличии в них прослойки сульфидов пересекающих практически весь кусок.
На рис. 1 виден след от электрической дуги — оплавленное пятно — выгоревшие сульфиды. Разрушение произошло по сульфидной прослойке толщиной около 0,5 мм. Электрическому пробою подвергались куски бедной руды крупностью -80 +20 мм со средним содержанием меди 0,6%. Ток через кусок пропускался в двух направлениях (по максимальному и среднему размеру) в течение 0,3— 0,5 с. Куски перед и после дробления взвешивались. После электрообработки производилось дробление ударом. Кусок устанавливался на массивную стальную плиту и ударником наносился удар. Величина энергии удара регулировалась изменением высоты падения ударника и устанавливалась в зависимости от максимального размера куска.
В практике разрушения горных пород принято определять эффективность процесса дробления по степени и энергоемкости дробления.
Параметры процесса разрушения забалансовой медно-цинковой руды
№ Размер кусков до дробления, б„, мм Средняя степень дробления, 1 Энергия удара, Е, Дж Энергия удара, отнесенная к массе куска Еу, кДж/кг Средняя удельная энергия разрушения, Еор, кДж/кг
1 24—32 3,5 60 2,17 0,62
2 30—36 3,7 75 1,67 0,45
3 39—43 3,6 105 1,41 0,39
4 46—52 3,8 140 1,1 0,29
5 53—59 3,0 185 0,75 0,25
6 66—78 2,9 240 0,64 0,22
Sí о 100 200 300
U Энергия удара, Дж
Рис. 2. Зависимость средней удельной энергии разрушения от энергии удара
В таблице приведены размеры кусков медно-цинковой руды и характеристики процесса ее разрушения. Степень дробления (/) определялась как отношение средневзвешенных диаметров кусков до и после дробления по известной формуле [10]:
/ = / (1) и б2 — соответственно, средневзвешенный размер куска до и после дробления, мм.
Удельная энергия разрушения сульфидов определялась по формуле
£р = Е/(''*т)
(2)
т — масса куска руды, кг.
Результаты эксперимента, приведенные в таблице, показывают, что оценивать эффективность процесса разрушения по одному показателю (отношении энергии разрушения к массе куска, т.е. удельной энергии разрушения или степени дробления) не вполне адекватно. Энергия удара, отнесенная к массе куска с увеличением его массы (размеров) уменьшается, однако степень дробления сначала увеличивается, а затем уменьшается.
По нашему мнению эффективность процесса дробления целесообразно оценивать отношением энергии разрушения к произведению степени дробления и массы, т.е. средней удельной энергии разрушения. Чем меньше средняя удельная энергия разрушения, тем совершеннее в конструктивном исполнении машина и эффективнее процесс.
На рис. 2 приведена зависимость средней удельной энергии разрушения от энергии удара.
Уравнение регрессии имеет вид [11, 12]:
Е = 2*10-5Е2 — 0,007Е + 0,938;
ор „
И2 = 0,95 (3)
Относительно большое корреляционное отношение свидетельствует об адекватности этого уравнения реальному процессу. Уравнение (3) имеет смысл при изменении энергии удара от 60 до 240 Дж и крупности кусков +20—80 мм.
Наши исследования показали, что куски горной породы не пробиваемые током практически не содержат сульфидов. Их масса составляет более 50% от общей. После испытаний на пробой эти куски были отброшены в хвосты. Сокращение объемов горной массы поступающей на дальнейшую переработку позволяет эти руды перевести в разряд кондиционных и приводит к уменьшению непроизводительных затрат энергии на дробление и измельчение.
Вывод
Электрообработка бедных медно-цин-ковых руд позволяет повысить содержание в них полезного компонента, перевести их в рязряд кондиционных, что приводит к существенному уменьшению объемов дальнейшей переработки горной массы и, соответственному, уменьшению энергозатрат.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ревнивцев В.И. Современные направления совершенствования развития рудоподго-товки / Совершенствование рудоподготовки. — Л., 1980. — С. 3—7.
2. Ревнивцев В. И., Гапонов Г. В., Загорский Л. Г. и др. Селективное разрушение минералов. — М.: Недра, 1988. — 256 с.
3. Чантурия В.А. Перспективы устойчивого развития горноперерабатывающей индустрии России // Горный журнал. — 2007. — № 2. — С. 2—9
4. Ананьев П. П., Гончаров С.А., Тангаев И.А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых. — М.: Недра, 1986. — 231 с.
5. Ржевский В. В..Новик Г.Я. Основы физики горных пород. — М.: Недра, 1978. — С. 359.
6. Ржевский В.В., Протасов Ю. И. Электрическое разрушения горных пород. — М.: Недра, 1972. — 205 с.
7. Емелин М.А., Морозов В. Н., Новиков Н. П. Новые методы разрушения горных пород: учебное пособие для вузов. — М.: Недра, 1990. — 240 с.
8. Новик Г.Я., Зильбершмидт М. Г. Управление свойствами горных пород в процессах горного производства. — М.: Недра, 1994. — 224 с.
9. Дмитриев А. П., Зильбершмидт М. Г. Физические принципы управления технологическими параметрами горных пород. — М.: МГГУ, 1989. — 94 с.
10. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы / Под ред. О. С. Богданова и др. — М.: Недра, 1982. — 272 с.
11. Митропольский А. К. Техника статистических исследований. — М.: Наука, 1971. — 576 с.
12. Львовский Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул. — М.: Высшая школа, 1982. — 224 с. firm
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Афанасьев Анатолий Ильич1 — доктор технических наук, профессор, e-mail: gmf.tm@ursmu.ru, Стожков Дмитрий Cергеевич1 — старший преподователь, e-mail: gmf.et@m.ursmu.ru,
Потапов Валентин Яковлевич1 — доктор технических наук, профессор, e-mail: 2d@inbox.ru,
Потапов Владимир Валентинович1 — кандидат технических наук, доцент, e-mail: 2d@inbox.ru, 1 Уральский государственный горный университет.
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 10, pp. 25-29.
UDC 622.75
A.I. Afanas'ev, D.C. Stozhkov, V.Ya. Potapov, V.V. Potapov
ENERGY CONSUMPTION OF IMPACT FRACTURE OF LOW-GRADE COPPER-ZINC ORE
Recently, processing of poor ores has been expanding, which increases the cost of producing concentrates. The economic efficiency of the mining and processing industry is closely linked with the development and improvement of equipment for preparing the rock mass for enrichment.
This can be realized by the combined technology of preliminary ore separation. The method of ore preparation of pieces of poor copper-zinc ores with a size of up to 80 mm is considered for further crushing and grinding by a method based on the softening of rocks as the current passes through them.
The results of electroprocessing of copper-zinc ores and further crushing from impact are presented. It is proposed to estimate the efficiency of the crushing process by the ratio of the fracture energy to the product of the degree of crushing and mass, i.e.
Average specific energy of destruction. The smaller the average specific energy of destruction, the more perfect the design of the machine and the more efficient the process. The results of the calculations are confirmed by experimental studies. The obtained dependences make it possible to conclude that electroprocessing of poor sulfide ores can significantly reduce the volume of processing of the rock mass, reduce the energy intensity of crushing and grinding, and increase the concentration of the mineral.
Key words: electrical conductivity, electric softening of ores, impact destruction, sulphide ore, poor ore, splitting up.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-25-29
AUTHORS
Afanas'evA.I.1, Doctor of Technical Sciences,
Professor, e-mail: gmf.tm@ursmu.ru,
Stozhkov D.C.1, Senior Lecturer,
e-mail: gmf.et@m.ursmu.ru,
Potapov V.Ya.1, Doctor of Technical Sciences,
Professor, e-mail: 2c1@inbox.ru,
Potapov V.V.1, Candidate of Technical Sciences,
Assistant Professor, e-mail: 2c1@inbox.ru,
1 Ural State Mining University,
620144, Ekaterinburg, Russia.
REFERENCES
1. Revnivtsev V. I. Sovershenstvovanie rudopodgotovki (Improvement of ore pretreatment), Leningrad, 1980, pp. 3-7.
2. Revnivtsev V. I., Gaponov G. V., Zagorskiy L. G. Selektivnoe razrushenie mineralov (Selective fracture of materials), Moscow, Nedra, 1988, 256 p.
3. Chanturiya V. A. Gornyyzhurnal. 2007, no 2, pp. 2-9
4. Anan'ev P. P., Goncharov S. A., Tangaev I. A. Energoemkost' protsessov dobychi i pererabotki poleznykh iskopaemykh (Mineral mining and processing energy consumption), Moscow, Nedra, 1986, 231 p.
5. Rzhevskiy V. V..Novik G. Ya. Osnovy fizikigornykh porod (Basic physics of rocks), Moscow, Nedra, 1978, pp. 359.
6. Rzhevskiy V. V., Protasov Yu. I. Elektricheskoe razrusheniya gornykh porod (Electrical disintegration of rocks), Moscow, Nedra, 1972, 205 p.
7. Emelin M. A., Morozov V. N., Novikov N. P. Novye metody razrusheniya gornykh porod: uchebnoe posobie dlya vuzov (New methods of rock failure: Higher educational aid), Moscow, Nedra, 1990, 240 p.
8. Novik G. Ya., Zil'bershmidt M. G. Upravlenie svoystvami gornykh porod v protsessakh gornogo proizvodstva (Control of properties of rocks in mining), Moscow, Nedra, 1994, 224 p.
9. Dmitriev A. P., Zil'bershmidt M. G. Fizicheskie printsipy upravleniya tekhnologicheskimi parame-tramigornykh porod (Physical principles of control over process parameters of rocks), Moscow, MGGU, 1989, 94 p.
10. Spravochnik po obogashcheniyu rud. Podgotovitel'nye protsessy. Pod red. O. S. Bogdanova (Ore processing manual. Preparation. Bogdanov O. S. (Ed.)), Moscow, Nedra, 1982, 272 p.
11. Mitropol'skiy A. K. Tekhnika statisticheskikh issledovaniy (Statistical investigation technique), Moscow, Nauka, 1971, 576 p.
12. L'vovskiy E. N. Statisticheskie metody postroeniya empiricheskikh formul (Statistical methods of building formulas), Moscow, Vysshaya shkola, 1982, 224 p.
A
