CC BY
8
УДК 622 741 В.Я. Потапов, В.В. Потапов, К.К. Свиридов, Н.Е. Лавренов
ИССЛЕДОВАНИЕ ФРИКЦИОННЫХ И МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АСБЕСТОВЫХ РУД
Исследованы массовая доля магнетита (а м), удельная магнитная восприимчивость (%), изменение добротного колебательного контура (ДО), плотность. Лабораторные исследования показали, что магнитит содержащейся в хризотил-асбесте распределяется не равномерно. Проведенные испытания подтвердили, что магнитная сепарация может использоваться на обогатительной фабрике как одна из стадий разделения. Исследования асбестосодержащей руды привело к установлению связи между магнитными свойствами и удельным весом отдельных частиц руды и массовой долей в них асбеста. Приблизительно от 80-90% исследуемых частиц реагирует на магнитное поле. В серпентинитовых асбестовых рудах волокнистый серпентинит или хризотил соединен с пластинчатым серпентинитом. Большинство хризотиловых рудных тел содержат магнетит. Магнетит в волокнистом или не волокнистом серпентините распределяется неравномерно, но в большинстве случаев он связан с хризотилом. Использование методов предварительного разделения руды с использованием магнитной сепарации и сепарации по трению и упругости позволяет выделять значительную часть с хвостами пустой породы и получить богатые по содержанию асбеста продукты. Ключевые слова: магнитная сепарация, фрикционные аппараты, асбестосодержащей руды, магнитит, предварительное обогащение, сепарация по трению и упругости, эффективность по Звереву.
Одними из самых важных характеристик хризотил-асбеста определяющее его промышленное значение является механические свойства: временное сопротивление растяжению агрегативная связанность и модуль упругости. Для того что бы сохранять эти свойства необходимы неразрушающие методы разделения асбеста которые бы не ухудшали его физические свойства [1—5].
Последнее время большое внимание уделяется использованию предварительных методов разделения асбеста и породы. Выбор признака разделения для предварительного обогащения асбестовой руды. Теоретический анализ возможных раздели-
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 5. С. 145-154. © 2017. В.Я. Потапов, В.В. Потапов, К.К. Свиридов, Н.Е. Лавренов.
тельных признаков с целью оптимального в технологическом и экономическом смысле предусматривает использование специальных показателей, которые следует разделить на две основные группы: статические и технологические.
Среди статических показателей нашли широкое применение показателей признака и его эффективности [6], корреляционное отношение (коэффициент корреляции) между величиной физического признака разделения и массовой долей полезного компонента, доля площади взаимного проникновения плотностей распределения разделяемых частиц по физическому признаку.
К технологическим показателям можно отнести выход хвостов при выполнении ограничения по массовой доле полезного компонента в них, показатель эффективности признака по В.В. Звереву [7], минимальную величину массовой доли полезного компонента в хвостах.
Показатель признака рассчитывается по формуле [6]
1 п
п = - ЦК -а) * У* (1)
а
i=i
где аф;; уф; — средняя массовая доля полезного компонента и выход /'-ой фракции (узкой) при фракционировании пробы по значению признака разделения.
Эффективность показателя признака определяется отношением [6]
п
Э = 77, д. ед., (2)
М
где М — показатель контрастности.
Для использования этого показателя, частицы руды необходимо разделить на два типа: минерал и порода, или на «бедные» и «богатые», используя в качестве критерия массовую долю полезного компонента. В данной работе принято, что исходная руда представлена двумя типами частиц: куски с аа < 0,4% и куски с аа > 0,4%, где аа — массовая доля асбеста в куске руды.
Эффективность показателя признака, предложенная В.В. Зверевым [8], рассчитывается по формуле
п
Э3 =Ц-, д. ед., (3)
Ух
где ухп и ухт — выхода хвостов, определенные соответственно по кривым обогатимости и контрастности, д. ед.
Высокие значения показателей эффективности признака и корреляционного отношения, является достаточным условием
применения метода (физического признака) для предварительного обогащения.
В данной работе исследованы следующие физические признаки разделения асбестовых руд: массовая доля магнетита (ам) и удельная магнитная восприимчивость (%), изменение добротного колебательного контура (АО), плотность приведены в табл. 1.
Признаком разделения при магнитной сепарации является удельная магнитная восприимчивость, а не массовая доля магнетита. Учитывая, что в асбестовых рудах из магнитных минералов присутствует в достаточном количестве только магнетит, магнитные свойства кусков зависят от массовой доли магнетита [9, 10].
Основным методом исследований являлся покусковой анализ. При покусковом анализе асбестовой руды, когда определение физического признака не связано с разрушением куска, массовую долю асбеста необходимо определить не в каждой частице, а в группе частиц, предварительно сгруппированных по величине физического свойства [11]. Это позволит снизит погрешность анализа на массовую долю асбеста благодаря увеличению массы пробы. Каждый кусок исследуемой пробы взвешен, в нем определена массовая доля асбеста и величины физических свойств. Массовая доля асбеста в ряде случаев определяется в группе кусков, предварительно сгруппированных по величине физического признака разделения.
Массовая доля асбеста определена по единой методике, массовая доля магнетита — на феррометрах ФМП-4 и Ф-100, разработанных в институте «ВНИИпроектасбест». Данные анализы выполнены в цехе опытной фабрики выше названного института.
Удельная магнитная восприимчивость определена пондеро-моторным методом на экспериментальных магнитных весах. При данном методе измеряется сила притяжения, действующая на образец в неоднородном магнитном поле с известным значением силы магнитного поля и далее рассчитывается удельная магнитная восприимчивость.
Изменение добротности колебательного контура определено на приборе «Измеритель добротности Е4-П». Измерения проведены в нормальном режиме работы. Измерительный стенд приведен на рисунке.
Измерение плотности кусков асбестовой руды выполнено методом гидростатического взвешивания [1].
Таблица 1
Показатели оценки эффективности признаков разделения асбестовых руд [1, 11]
Признак Тип руды Класс Ста- Мас- Эффек- Пока- Уравнение регрессии Корреля- Минималь-
разделения крупно- дия совая тивность затель ционное ная мас-
сти, мм дробления дек доля асбеста, % признака, усл. ед. признака, усл.ед. отношение, Д.ед. совая доля асбеста в хвостах,%
Массовая Баженовское -400+150 1 0,95 0,54 0,65 у = 0,27+0,08х+0,03х2 0,25+0,19 0,11
доля месторож- -100+75 2 0,42 0,42 0,56 у = 0,41—0,04х+0,004х2 связи нет 0
магнетита дение, комбинат «Ураласбест», -75+50 2 1,08 0,70 0,90 у = -1,67+х—0,04х2 0,57+0,16 0,09
-50+35 2 0,78 0,41 0,42 у = 0,66+0,17х—0,01х2 связи нет 0
Фабрика № 6
Фабрика № 4 -75+50 3 0,38 0,59 0,81 у = 0,30—0,13х+0,03х2 0,73+0,13 0
Фабрики № 4 и № 6 (объе- -75+35 2 и 3 0,74 0,66 0,49 0
диненный)
Измене- Фабрика № 6 -75+35 2 1,04 0,64 0,75 у = -0,27+0,24х—0,04х2 0,52+0,17 0,11
ние добротности контура -50+35 2 0,66 0,41 0,51 у= 1,04—0,05х+0,001х2 связи нет 0
Фабрика № 4 -75+50 3 0,36 0,30 0,43 у = 0,46—0,11х+0,01х2 0,71+0,14 0,25
-50+35 3 0,71 0,39 0,55 у = 0,73—0,05х+0,003х2 0,34+0,19 0
Фабрика № 4 и № 6 (объединенный) -75+35 2 и 3 0,69 0,68 0,45 - - 0,13
Плотность Фабрика № 6 -75+50 2 1,06 0,43 0,52 — связи нет 0,18
-75+50 2 0,33 0,90 1,05 - - 0
Массовая доля магнетита Фабрика № 6 -75+50 2 0,40 0,64 1,07 у = -0,12+0,18х—0,001х2 0,30+0,19 0,06
Удельная магнитная восприимчивость 0,83 1,39 у = -0,38+0,56*105х 0,53+0,17 0,=06
Массовая доля магнетита Киембаев-ское месторождение, комбинат «Оренбург-асбест» -70+30 3 1,00 0,63 0,59 у = 0,05+1,ЗЗх—0,16х2 0,28+0,19 0,58
Массовая доля магнетита 0,53 0,50 у = -0,4+1,40* 105х-—0,18*1010х2 0,22+0,19 0,11
Массовая доля магнетита Актовракское месторождение, комбинат «Тува-асбест» -100+75 2 0,29 0,49 0,70 у = 0,01+0,16х+0,001х2 0,28+0,19 0,06
Массовая доля магнетита 0,58 0,82 у= -0,7+105х+0,02*1010х2 0,26+0,19 0,12
Измеритель добротности Е4-П: 1 — измерительный стол; 2 — измеритель добротности; 3 — частотомер; 4 — кусок руды
Для исследований от исходной пробы, случайным образом отобраны не менее 100 кусков. Изучены следующие пробы асбестовых руд: руда Баженовского месторождения, отобранная после I и II стадий дробления ДСК фабрики № 6 комбината «Ураласбест» крупностью -300+40 мм.
Пример результатов фракционирования асбестовой руды по массовой доле магнетита и добротности колебательного контура приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты фракционирования асбестовой руды Баженовского месторождения класса -75+35мм, отобранной после 2 стадии дробления ДСК фабрики № 6 и после 3 стадии дробления ДСК фабрики № 4 комбината «Ураласбест» по массовой доле магнетита
Фракции Концентрат Хвосты
интервалы массовой доли магнетита, % выход, % массовая доля асбеста,% выход, % массовая доля асбеста,% выход, % массовая доля асбеста,%
0-0,5 0,47 0 100,0 0,74 0,47 0
0,5-1 9,20 0,08 99,53 0,75 9,67 0,08
1-1,5 12,00 0,51 90,33 0,82 21,67 0,32
1,5-2 8,76 0,59 78,33 0,86 30,43 0,40
2-2,5 10,73 0,49 69,57 0,90 41,16 0,42
2,5-3 18,38 0,48 58,84 0,97 59,54 0,44
3-3,5 10,72 0,76 40,46 1,20 70,26 0,49
3,5-4 11,59 0,83 29,74 1,35 81,85 0,54
4-5 8,21 0,93 18,15 1,68 90,06 0,57
5-10 9,94 2,30 9,94 2,3 100,0 0,74
Итоги 100,0 0,74
Анализируя данные табл. 1 можно отметить следующее.
Корреляционное отношение между величиной физического признака разделения и массовой долей асбеста лежат в широких пределах: 0—0,86 для массовой доли магнетита, 0—0,69 для изменения добротности контура (доверительный интервал п взять с 95% вероятностью).
Между плотностью частицы и массовой долей асбеста связи нет. Максимальной величиной корреляционного отношения обладает признак разделения «массовая доля магнетита», но интервал варьирования для всех признаков перекрываются. Поэтому с 95% вероятностью нельзя утверждать, что корреляционное отношение между физическим признаком магнитной сепарации и массовой долей асбеста выше, чем для других признаков разделения.
Лабораторные исследования показали, что магнитит содержащейся в хризотил-асбесте распределяется не равномерно. Частицы руд содержащие хризотиловое волокно реагирует на магнитное поле, частицы, содержащие мало или совсем не содержащие асбеста были в основном немагнитные. Проведенные в широком масштабе испытания подтвердили, что магнитная сепарация может использоваться на обогатительной фабрике, как одна из стадий разделения.
Исследования асбестосодержащей руды привело к установлению связи между магнитными свойствами и удельным весом отдельных частиц руды и массовой долей в них асбеста. Было установлено, что приблизительно от 80—90% исследуемых частиц реагирует на магнитное поле. В серпентинитовых асбе-
Таблица 3
Результаты магнитного разделения руды на сепараторе ФМС [1, 12]
Продукт Положение шибера Продукт разделения Выход, % Доля асбеста, % по массе Извлечение асбеста, %
Класс -40+25 мм после 4-ой стадии дробления (ДСК фабрики № 6) 1 магнитный немагнитный исходный 43,3 56,7 100 1,2 0,37 0,73 71,0 29,0 100
2 магнитный немагнитный исходный 78,0 22,0 100 0,82 0,27 0,7 91,5 8,5 100
3 магнитный немагнитный исходный 86,2 13,8 100 0,60 0,22 0,55 94,5 5,5 100
Таблица 4
Лучшие показатели разделения продукта крупностью -40 + 0 мм, диаметр барабана 800 мм, при различном сочетании покрытий разгонной плоскости и барабана [2, 3, 4]
Материал Продукт разделения Выход продукта, % Массовая доля свободного волокна +0,5 мм, % Частота вращения барабана, об/мин
разгонной плоскости барабана
сталь сталь концентрат 8,98 15,67 108
хвосты 91,02 0,3
итого: 100,0 1,68
резина сталь концентрат 5,61 15,63 108
хвосты 94,39 0,3
итого: 100,0 1,16
стовых рудах волокнистый серпентинит или хризотил соединен с пластинчатым серпентинитом. Если не все, то большинство хризотиловых рудных тел содержат магнетит. Магнетит в волокнистом или не волокнистом серпентините распределяется неравномерно, но в большинстве случаев он связан с хризотилом.
Так как немагнитные куски содержат мало или совсем не содержат асбеста, их возможно выделять в ДСК методом магнитной сепарации [1, 3].
В результате исследования фрикционных характеристик установлено, что коэффициент трения асбестового волокна и его агрегатов по железу равен 0,7-0,9, а пустой породы 0,3-0,5. С уменьшением крупности породных частиц разность коэффициентов трения уменьшается. Материал крупностью менее 1,5 мм на наклонной плоскости не разделяется.
Теоретический анализ взаимодействия частиц пустой породы и асбестового волокна с наклонной поверхностью при разделении по упругости показал, что коэффициент восстановления изменяется в пределах от 0,01 до 0,54, а коэффициент трения при ударе - от 0,08 до 0,44.
Результаты технологических исследований вышеперечисленными методами на данных типах руды представлены в табл. 3, табл. 4 [1, 3].
Использование данных методов предварительного разделения руды, с использованием магнитной сепарации и сепарацию по трению и упругости позволяет выделять значительную часть с хвостами пустой породы и получить богатые по содержанию асбеста продукты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пелевин А. Е. Предварительное обогащение асбестовой руды с использованием магнитной сепарации: дис: ... канд. техн. наук. — Свердловск, 1989. - 225 с.
2. Потапов В. Я, Потапов В. В., Куликов П. С. Использование фрикционных характеристик сыпучих материалов для обоснования конструкции разделительных аппаратов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2006. — № 4. — С. 188-190.
3. Потапов В. Я. Анализ, разработка и моделирование аппаратов для разделения горных пород: авт. дисс. на соискание учен. степ. док. техн. наук. — Екатеринбург, 2012. — 30 с.
4. Архипов О. А. Радиометрическая обогатимость руд при их разведке. — М.: Недра, 1983. — 144 с.
5. Мокроусов В. А., Авдеев В. А. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд. — М.: Недра, 1979. — 192 с.
6. Деркач В. Г. Динамика движения руды на барабанных магнитных сепараторах // Обогащение руд. — 1960. — № 6. — С. 38—40.
7. Зверев В. В. Оценка эффективности признака в требуемой области разделения при радиометрической сепарации // Обогащение руд. — 1984. — № 1. — С. 18—20.
8. Месторождение хризотил-асбеста / Под ред. К. К. Золоева, Б. А. Попова. — М.: Недра, 1985. — 271 с.
9. Вагшаль Д. С. Об электропроводности серпентинитов // Доклады Академии наук СССР. Серия Геология. — 1970. — т. 83. — С. 651—653.
10. Кармазин В.И., Кармазин B.В. Магнитные методы обогащения. — М.: Недра, 1984. — 416 с.
11. Практика обогащения асбестовых руд / Под ред. Ф. П. Сафро-нова. — М.: Недра, 1975. — 224 с.
12. Пелевин А. Е., Цыпин Е. Ф. Шалюгина В. А. Обогащение крупнокусковой асбестовой руды с помощью магнитной сепарации // Строительные материалы. — 1989. — № 9. — С. 10—12. firm
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Потапов Валентин Яковлевич1 — доктор технических наук, профессор, доцент, e-mail: 2c1@inbox.ru,
Потапов Владимир Валентинович1 — кандидат технических наук, доцент, Лаврёнов Никита Евгеньевич1 — студент, Свиридов Кирилл Константинович1 — студент, 1 Уральский государственный горный университет.
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 5, pp. 145-154.
udc 622.741 V.Ya. Potapov, V.V. Potapov, K.K. Sviridov, N.E. Lavrenov
ANALYSIS OF FRICTION AND MAGNETIC CHARACTERISTICS OF ASBESTOS ORES
Recently, much attention is paid to the use of advanced techniques of separation of asbestos and rock. Selection of the separation characteristic for pre-enrichment of asbestos ore. Theoretical analysis of the possible signs of separation for optimum in technological and economic terms, involves the use of specific indicators, which should be divided into two main
groups: static and technological. In this paper the following physical signs of asbestos ore separation: the mass fraction of magnetite (am) and specific magnetic susceptibility (x), the change of a good oscillating circuit (AQ), density.
A sign of the separation of magnetic separation at a specific magnetic susceptibility, rather than a mass fraction of magnetite. Given that of asbestos ores magnetic minerals present in sufficient amount only magnetite, the magnetic properties depend on the pieces of the mass fraction of magnetite. Laboratory studies have shown that the magnets contained in the chrysotile asbestos is not distributed evenly. The particles of ore containing chrysotile fibers react to a magnetic field, the particles that contain little or no asbestos were essentially nonmagnetic. Tests have confirmed a large scale that the magnetic separation can be used at the processing plant as one of the stages of separation.
Studies have led to the asbestos-containing ore establishing communication between the magnetic properties and specific gravity of the individual particles and the mass fraction of the ore therein asbestos. It has been found that approximately 80-90% of the particles studied responds to a magnetic field. The serpentinite asbestos ores or fibrous serpentine chrysotile serpentinite is connected to the plate. If not all, then most of the chrysotile ore bodies contain magnetite. Magnetite in the fiber or fibrous serpentine unevenly distributed, but in most cases it is associated with chrysotile. Using these methods, the pre-separation of ore, using magnetic separation and separation by friction and elasticity allows you to allocate a significant portion of tailings and waste rock to get rich on the content of asbestos products.
Key words: magnetic separation, friction devices, asbestos ore magnet preliminary enrichment, separation by friction and elasticity, efficiency Zverev.
AUTHORS
Potapov V.Ya.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Assistant Professor, e-mail: 2c1@inbox.ru,
Potapov V.V.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Lavrenov N.E.1, Student, Sviridov K.K.1, Student,
1 Ural State Mining University, 620144, Ekaterinburg, Russia.
REFERENCES
1. Pelevin A. E. Predvaritel'noe obogashchenie asbestovoy rudy s ispol'zovaniem mag-nitnoy separatsii (Pre-treatment of asbestos ore using magnetic separation), Candidate's thesis, Sverdlovsk, 1989, 225 p.
2. Potapov V. Ya., Potapov V. V., Kulikov P. S. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byul-leten'. 2006, no 4, pp. 188-190.
3. Potapov V. Ya. Analiz,, razrabotka i modelirovanie apparatov dlya razdeleniya gornykh porod (Analysis, design and modeling of rock separation machines), Doctor's thesis, Ekaterinburg, 2012,30 p.
4. Arkhipov O. A. Radiometricheskaya obogatimost' rudpri ikh razvedke (Radiometric processibility of ore during exploration), Moscow, Nedra, 1983, 144 p.
5. Mokrousov V. A., Avdeev V. A. Radiometricheskoeobogashchenieneradioaktivnykh rud (Radiometric processing of nonradioactive ore), Moscow, Nedra, 1979, 192 p.
6. Derkach V. G. Obogashchenie rud. 1960, no 6, pp. 38-40.
7. Zverev V. V. Obogashchenie rud. 1984, no 1, pp. 18-20.
8. Mestorozhdenie khrizotil-asbesta. Pod red. K. K. Zoloeva, B. A. Popova (Chrysotile asbestos deposits. Zoloev K. K., Popov B. A. (Eds.)), Moscow, Nedra, 1985, 271 p.
9. Vgshal' D. S. DokladyAkademiinaukSSSR. Seriya Geologiya. 1970, vol. 83, pp. 651-653.
10. Karmazin V. I., Karmazin B. V. Magnitnye metody obogashcheniya (Magnetic processing methods), Moscow, Nedra, 1984, 416 p.
11. Praktika obogashcheniya asbestovykh rud. Pod red. F. P. Safronova (Practice of asbestos ore processing. Safronov F. P. (Ed.)), Moscow, Nedra, 1975, 224 p.
12. Pelevin A. E., Tsypin E. F. Shalyugina V A. Stroitel'nye materialy. 1989, no 9, pp. 10-12.
