Интенсификация процесса извлечения алмазов из алмазосодержащего сырья при люминесцентной сепарации Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© А.Т. Ведин, В.Ф. Монастырский, А.И. Федоров, 2008

УДК 621.928:622.371

А.Т. Ведин, В.Ф. Монастырский, А.И. Федоров

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ИЗВЛЕЧЕНИЯ АЛМАЗОВ ИЗ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩЕНГО СЫРЬЯ ПРИ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ СЕПАРАЦИИ

Приведены результаты экспериментов по обоснованию вероятностных моделей потока алмазосодержащего сырья (модель попадания количества минералов в заданный интервал - дискретная величина: модель интервала времени между минералами - непрерывная величина).

Семинар № 21

Гехнология обогащения алма-

зосодержащего сырья связана с переработкой большого объема исходной руды, так как содержание в ней полезного ископаемого (алмазов) очень низкое. Вкрапление алмазов в кимберлитовые руды не превышает 50 мм. Поэтому подготовку алмазосодержащего сырья к обогащению производят многостадиально, используя последовательно дробилки крупного дробления и мельницы мокрого са-моизмельчения. Продукт на выходе из мельниц мокрого самоизмельчения находится в пределах -50 +0 (-20 + 0) в зависимости от прогнозируемого максимально возможного размера кристалла алмаза для данного месторождения.

Крупные алмазы (-50 + 5) обогащаются в переделах РЛС (рентгенолюминесцентная сепарация). Однако кроме алмазов в общем объеме алмазосодержащего сырья находятся минералы (цирконы, кальциты, плагиоклазы), которые вносят погрешность в работу РЛС, снижая извлечение алмазов в концентрат.

В общем виде процесс извлечения алмазов и сопутствующих люминесци-рующих минералов из алмазосодержащего сырья можно представить в виде многопараметрической модели, вклю-

чающей структуру потока; научнообоснованные вероятностные модели попадания количества минералов в заданный интервал, интервала между минералами; математические и словесные модели; алгоритм расчета качественноколичественных схем по исходным данным; особенности конструкции современных РЛС.

Для обоснования многопараметрической модели процесса извлечения минералов из алмазосодержащего сырья при помощи РЛС были приняты следующие допущения:

• распределение люминесцирующих минералов в общем объеме алмазосодержащего сырья подчиняется законам Пуассона или биномиально-му (см. рис. 1, а, б);

• поток люминесцирующих минералов стационарен, без последействия, ординарен;

• конструкция РЛС снабжена многоканальной системой приемников (ф, распределение исходного продукта ^) по которым производится в равных частях ^1^);

• при многостадиальной обработке алмазосодержащего сырья переход от одной стадии обогащения в РЛС к дру-

а)

б)

м >

Рис. 1. Характеристики случайных потоков минералов: а, б - соответственно для дискретной и непрерывной случайных величин, кривые 1, 2, 3, 4, 5 соответственно законы Пуассона, биномиальный (рис. 1, а), плотность распределения интервала между минералами для исходного продукта, при содержании в концентрате минералов до 75 %; при содержании в концентрате минералов до 100 % (рис. 1. б)

гой сопровождается изменением количества каналов - приемников (к) при условии постоянной нагрузки на один канал;

• переход от одной стадии обогащения РЛС к другой сопровождается сложением характеристик независимых составляющих потоков алмазов и люми-несцирующих минералов при этом повышается их содержание;

• потери алмазов и люминесцирую-щих минералов в хвостах стадий обогащения не учитываем.

Однако в реальных условиях эксплуатации РЛС соблюдение указанных допущений во многом зависит от условий эксплуатации и физических свойств минералов. Поэтому вероятностные модели потока алмазосодержащего сырья (модель попадания количества минералов в заданный интервал - дискретная величина: модель интервала времени между минералами - непрерывная величина) обосновывались экспериментально.

Экспериментальные исследования проводились в промышленных условиях на РЛС предприятий АК «АЛРОСА». Программой и методикой выполнения

экспериментальных исследований предусматривалось:

• определить основные показатели

качественно-количественной схемы

обогащения алмазосодержащего сырья в РЛС (71 - количество концентрата в каждой стадии обогащения, в1 - содержание алмазов и люминесцирующих минералов) за определенный промежуток времени;

• определить случайный поток появления люминесцирующих минералов по отсечкам РЛС на протяжении фиксированного момента времени;

• определить количество минералов в концентрате и хвостах в течение фиксированного времени. Результаты обработки случайных потоков люминесци-рующих минералов после обогащения в РЛС представлены на рис. 1, а, б.

Анализ полученных результатов показал, что:

• законы Пуассона и биномиальный равновероятно описывают дискретное распределение попадания количества минералов в заданный интервал;

• вероятностной моделью распределения интервала между люминес-

цирующими минералами являются с одинаковой вероятностью по критериям Пирсона, Колмогорова, Мизеса показательный и нормальный, оценки параметров которых зависят от количества исходного материала и содержания в нем минералов;

• для испытуемых концентратов достигнутое минимальное значение интервала составило 1,1 с;

• с повышением содержания люми-несцирующих минералов в концентрате математическое ожидание интервала между ними снижается от 28,6 с (исходный материал) до 1,5 с (концентрат доводки);

• наибольшие потери алмазов при обогащении в РЛС наблюдались при интервале прохождения минералов через РЛС в пределах 1,2...2,0 с.

Таким образом, многопараметрическая модель процесса обогащения алмазосодержащего сырья в РЛС можно представить следующим образом: поток алмазосодержащего сырья, состоящий из кимберлитовых пород с вкраплением алмазов -S0 +1 мм (-20 + 1 мм), лю-минесцирующих минералов с содержанием в 1,5.2 раза более, чем алмазов в исходном продукте и полудрагоценных минералов, перемещается по лотку РЛС и разделяется равномерно по многоканальным приемникам. Основные характеристики потока алмазосодержащего сырья определяются из исходных данных (уь ß1), а для концентрата (yi , ßi, i = 2,З . n, где n - количество полученных концентратов) - путем расчета качественно-количественной схе-мы обогащения алмазосодержащего сырья в РЛС.

В каждом канале производительность можно принять равной Q/k (первая стадия обогащения), для последующих стадий - количество каналов условно сокращается так, чтобы произво-

дительность оставалась практически постоянной, а содержание в концентрате люминесцирующих минералов увеличивалось, как суммарный показатель нескольких независимых потоков.

При таком подходе структурно поток изменяться не будет, а независимые потоки алмазов и сопутствующих минералов будут размещаться по длине потока в общем объеме пустых пород с интервалом, изменяющимся по нормальному или показательному законам, оценки параметров которых зависят от количества исходного продукта, содержания люминесцирующих компонентов, конструкции РЛС и технологии обогащения алмазосодержащего сырья. Минералы имеют различную форму (округлую -форму гальки, октаэдрическую, кубическую), а их случайная величина массы распределена по длине потока во времени дискретно и в каждый момент времени ti определяется методом случайного выброса интервала на отрезке 0...1, на котором равномерно распределены ее значения соответственно от минимального до максимального.

Для подтверждения взаимосвязи между интервалом поступления лю-минесцирующих минералов и потерями их в хвостах были выполнены дополнительные исследования. Испытаниям подвергался четырехканальный сепаратор РМДС-4, рассчитанный на обработку алмазосодержащего сырья производительностью 100 кг/ч. По условиям испытаний каждый сепаратор (канал) был поставлен в одинаковые условия эксплуатации (проба руды массой 9,2 кг и одна и та же коллекция имитаторов алмазов с заданными характеристиками по интенсивности ренгенолюминесценции (1дк), постоянная производительность). Содержание имитаторов в общем объеме сырья (а)

0 с

4

2; г

0,8 1,6 2,4 4,8 9,6

t, с

изменялось от 0,3 до 80 %. Результаты экспериментов представлены на рис. 2.

Анализ полученных результатов показал, что:

• увеличение содержания имитаторов, которые следуют через зоны возбуждения и регистрации, в общем объеме сырья от 0,3 до 25 % приводит к резкому повышению показателей по механическому извлечению РЛС;

• повышение показателей по механическому извлечению имеет ярковыра-женный пик насыщения при интервале следования минералов ниже 1,6 с (см. рис. 2, кривые 1, 2);

• для слаболюминесцирующих и сильнолюминесцирующих минералов предел насыщения наступает примерно при одинаковом интервале их следования (см. рис. 2, кривые 1. 2);

• параметры вероятностной модели распределения интервала между минералами (математическое ожидание интервала и среднеквадратичес-

Рис. 2. Извлечение минералов сеапарторами:

1, 2 - соответственно извлечение минералов «сильных» по интенсивности люминесценции и «слабых»

кое его отклонение) совпадают с пределом насыщения системы возбуждения и регистрации по механическому извлечению РЛС (см. рис. 1, кривая 3 и рис. 2, кривые 1, 2).

Таким образом, практически во всех сепараторах происходит насыщение тракта регистрации, в котором при помощи фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) преобразуется световая «вспышка» люминесценции алмазов в пропорциональный электрический сигнал.

Наибольшее влияние на процесс насыщения тракта регистрации оказывает интервал следования люминесцирую-щих минералов.

Рассмотрим последовательно процесс насыщения тракта регистрации сепаратора, представленного упрощенной структурной схемой на рис. З.

При низком содержании люминесци-рующих минералов в питании сепаратора каждый из них попадает в зону облучения и регистрации через интервал времени значительно больший, чем необходим для отработки цикла «обнаружение - задержка - отсечка». При этом первоначально формируется сигнал «обнаружение» по амплитуде люминесценции минерала, а затем одновибрато-ры ОВ-1 и ОВ-2 формируют сигналы «длительность транспортной задержки» по переднему фронту сигнала «обнаружение» и «длительность отсечки» по

ФЭУ АТР ОВ-1 ОВ-2 Отсекатель

—► —► —► —►

Рис. 3. Структурная схема: ФЭУ - фотоэлектронный умножитель, АТР - аналоговый тракт регистрации, ОВ-1, ОВ-2 соответствующие устройства, которые формируют сигнал «обнаружение» и «длительность задержки», отсекатель - устройство, которое формирует сигнал «длительность отсечки»

окончании времени движения минерала из зоны облучения и регистрации до зоны его отсечки.

Временная диаграмма режима работы сепаратора при низком содержании минералов приведена на рис. 4 а, в, с, из которой видно, что «обнаружение» (рис. 4, а) минералов происходит в моменты времени ^, ^ а суммарная «длительность транспортной задержки» (рис. 4, в) и «длительность отсечки» (рис. 4, с) не превосходят интервал времени следования минералов. В этом случае насыщение тракта регистрации не наступает.

На рис. 5 а, в, с представлена временная диаграмма режима работы сепаратора при высоком содержании люми-несцирующих минералов в его питании, из которой видно, что сигналы «обнаружение» (рис. 5, а) минералов возникают в моменты времени ^ ^, ^, ^, 18, а суммарная «длительность транспортной задержки» (рис. 5, в, ^ - 14) и «длительность отсечки» (рис. 5, с, ^ - ^) превышают интервал следования минералов. При этом следующий люминесцирую-щий минерал попадает в зону облучения и регистрации через интервал времени

Рис. 4. Формирование сигналов при низком содержании минералов

меньший, чем необходимо для отработки цикла «обнаружение - задержка - отсечка» и одновибраторы ОВ-1 и ОВ-2, формируя свои сигналы, не реагируют на поступающие на вход второй ^ и третий ^ сигналы «обнаружение». При таком режиме работы сепаратора независимо от того сколько сигналов «обнаружение» будет сформировано за интервал времени «длительность транспортной задержки» (рис. 4,в, ^ - 14) первого сигнала одновибратор ОВ-1 не будет реагировать на последующие сигналы «обнаружение» и второй и третий сигналы «обнаружение» будут потеряны. Аналогичные проблемы возникают при формировании сигнала «длительность отсечки» (рис. 4,с, ^ - ^).

Следовательно, конструкция существующих сепараторов накладывает ограничения на частоту следования люми-несцирующих минералов, при которой наступает насыщение тракта регистрации (введение усилителя в режим насыщения, при котором его напряжение стремится к напряжению источника питания).

Мероприятия по повышению эффективности работы РЛС включают:

• расширение предела интервалов поступления минералов в тракт регистрации РЛС, при ко-тором наступает насы-щение усилителя, путем введения в его конструк-цию элементов, исключающих гальваническую развязку;

• снижение нестабильности работы усилителя (из-за изменения температуры,

Рис. 5 Формирование сигналов при высоком содержании минералов

старения отдельных узлов в течение времени, наличия токов утечки и т.п.) и обеспечение требуемого коэффициента усиления для импульсной составляющей люминесцентного сигнала путем установки разделительных конденсаторов между отдельными каскадами усилителя;

• создание новой конструкции тракта регистрации, исключающей влияние «сильного» сигнала люминесценции алмаза или сопутствующего минерала на процесс последующей обработки сигна-

ла от слаболюминесцирующего минерала;

• исключение потерь люминесци-рующих минералов, следующих один за другим без или с небольшим промежутком, в хвосты, путем ввода в схему тракта регистрации блоков определения числа последовательно поступающих минералов и задержки, которая работает по заданному алгоритму;

• исключение потерь слаболюминес-цирующих минералов в хвосты путем изменения схемы фильтрации уровня шумов. ЯТШ

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------

Ведин А.Т., Монастырский В.Ф., Федоров А.И. - ПТИ (ф) ЯГУ, Якутнипроалмаз, г. Мирный.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаро м № 21 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Л.И. Кантович.

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАТАНОВ Игорь Борисович Обоснование повышения качества взрывных работ с использованием пеногелеобразующих составов при открытой разработке месторождений 25.00.22 д.т.н.

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания:

Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

Полное время правки: Дата печати:

При последней печати страниц: слов: знаков:

16_Ведин21

Е:\С диска по работе в универе\ГИАБ_2008\11\семинар С:Ш8еге\Таня\АррВа1а\Коат1^\М1сго80й\ШаблоныШогта1Ло1т © В

Гитис Л.Х.

03.09.2008 13:57:00

3

03.09.2008 14:03:00 Гитис Л.Х.

3 мин.

25.11.2008 23:17:00 6

2 048 (прибл.)

11 675 (прибл.)