Исследования энергии разрушения керновых образцов гранита, обработанных ускоренными электронами Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.23.05:622.7

DOI: 10.18303/2618-981X-2018-5-188-193

ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГИИ РАЗРУШЕНИЯ КЕРНОВЫХ ОБРАЗЦОВ ГРАНИТА, ОБРАБОТАННЫХ УСКОРЕННЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ

Виктор Иванович Ростовцев

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 54, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории обогащения полезных ископаемых и технологической экологии, тел. (383)205-30-30, доп. 167, e-mail: benevikt@misd.ru

Сергей Александрович Кондратьев

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 54, доктор технических наук, зав. лабораторией обогащения полезных ископаемых и технологической экологии, тел. (383)205-30-30, доп. 120, e-mail: kondr@misd.ru

Олег Римович Кулагин

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 54, ведущий конструктор лаборатории обогащения полезных ископаемых и технологической экологии, тел. (383)205-30-30, доп. 706, e-mail: kb41@mail.ru

Рим Асманович Кулагин

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 54, главный специалист лаборатории обогащения полезных ископаемых и технологической экологии, тел. (383)205-30-30, доп. 706, e-mail: kb41@mail.ru

Борис Борисович Cuволап

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 54, ведущий инженер ЦКП ГГГИ СО РАН, тел. (383)205-30-30, доп. 715, e-mail: bor.nsk.ru@mail.ru

Дан сравнительный анализ работы разрушения кернов гранита до и после обработки ускоренными электронами. Показано, что работа разрушения и дробления для гранита зависит от величины поглощенной образцами дозы. Установлено, что предварительная обработка позволяет снизить энергию разрушения гранита до 1,5-2 раз. Модификация свойств минерального сырья ускоренными электронами открывает перспективы создания энергосберегающих технологий рудоподготовки и переработки комплексных руд и техногенного сырья.

Ключевые слова: рудоподготовка, природное и техногенное минеральное сырье, гранит, обработка ускоренными электронами, энергия разрушения и дробления.

INVESTIGATIONS OF THE ENERGY OF DESTRUCTION OF GRANITE CORE SAMPLES PROCESSED BY ACCELERATED ELECTRONS

Victor I. Rostovtsev

Chinakal Institute of Mining SB RAS, 54, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, D. Sc., Leading Researcher, Laboratory for Mineral Beneficiation and Technological Ecology, phone: (383)205-30-30, extension 167, e-mail: benevikt@misd.ru

Sergey A. Kondratiev

Chinakal Institute of Mining SB RAS, 54, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, D. Sc., Head of Laboratory for Mineral Beneficiation and Technological Ecology, phone: (383)205-30-30, extension 120, e-mail: kondr@misd.ru

Oleg R. Kulagin

Chinakal Institute of Mining SB RAS, 54, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, Design Project Leader, Laboratory for Mineral Beneficiation and Technological Ecology, phone: (383)205-30-30, extension 706, e-mail: kb41@mail.ru

Rim A. Kulagin

Chinakal Institute of Mining SB RAS, 54, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, Principal Specialist, Laboratory for Mineral Beneficiation and Technological Ecology, phone: (383)205-30-30, extension 706, e-mail: kb41@mail.ru

Boris B. Sivolap

Chinakal Institute of Mining SB RAS, 54, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, Leading Engineer, Geomechanical, Geophysical and Geodynamic Measurement Center for Shared Use, SB RAS, phone: (383)205-30-30, extension 715, e-mail: bor.nsk.ru@mail.ru

A comparative analysis of adestructionprocess of granite cores before and after treatment by accelerated electrons is given. It is shown that the destruction and crushing of granite depends on the amount of the doseabsorbed by the samples. It is established that the pretreatment makes it possible to reduce the energy of granite destruction by 1,5-2 times. Modification of the properties of mineral raw materials by accelerated electrons opens the prospects for the creation of energy-saving technologies for ore pretreatment and processing of complex ores and technogenic raw materials.

Key words: ore pretreatment, natural and technogenic mineral raw materials, granite, accelerated electron treatment, destructive and crushing energy.

Развитие минерально-сырьевой базы на современном этапе связано с масштабным вовлечением в разработку месторождений труднообогатимых руд, а также с освоением техногенных минеральных образований. Эта тенденция, в свою очередь, обусловливает как значительные потери промышленно ценных компонентов на стадиях добычи и переработки минерального сырья, так и высокие эксплуатационные и капитальные затраты на производство конечной продукции.

В [1, 2] отмечается, что 35-40 % потерь ценных компонентов в процессах первичной переработки связано со сростками и 30-35 % - с тонкими частицами крупностью менее 10 мкм. Для снижения потерь при переработке тонковкрапленных руд без образования сростков и одновременно без излишнего переизмельчения, традиционные процессы дробления и измельчения в щековых, конусных дробилках и шаровых мельницах необходимо заменить селективной дезинтеграцией. Дезинтеграция является основной технологической операцией в процессе рудоподготовки. При этом подготовленными к обогащению рудами считают измельченное до требуемой крупности минеральное сырье. В России и ряде стран СНГ в качестве готового к обогащению приняты классы -71 мкм и -44 мкм. На некоторых зарубежных предприятиях принят класс крупности -38 мкм. В последние годы при переработке бедных и забалансовых руд, а также для извлечения тонкодисперсных минералов и чистых металлов применяют оборудование для тонкого (менее 20 мкм)

и сверхтонкого (менее 7 мкм) измельчения. Энергозатраты при этом сравнительно низкие на стадиях дробления (до 1,2 кВт-ч/т) и высокие на стадиях измельчения (50 кВт-ч/т и выше).

Физический смысл перехода к селективной дезинтеграции заключается в организации процесса таким образом, чтобы разрушение происходило не по случайным направлениям, а преимущественно по границам срастания минеральных зерен. Как показано в [3], рудоподготовка должна предусматривать: раскрытие минеральных ассоциаций по возможности в более крупном зерне; минимизацию образования частиц шламовой крупности, не разделяемых на концентраты требуемых кондиций;сохранение целостности минералов в результате механических воздействий в мельницах, что повышает показатели разделительных процессов;снижение энергопотребления; а также снижение износа материала барабанов, шаров, бил и других измельчитель-ных агрегатов.

Анализ проб минерального сырья различных месторождений показывает, что они, как правило полиминеральные и большая их часть представлена породообразующими минералами и горными породами, например, такими как известняк, роговик, гранит.

В [4] было показано, что обработка потоком ускоренных электронов кернов гранита изменяет его механические и динамические свойства. Увеличение поглощенной дозы до 10 кГр приводит к снижению предела прочности на сжатие с 68,33 до 35,08 МПа, а дальнейшее увеличение дозы до 20 кГр - к повышению предела прочности на сжатие. Установлено и изменение акустических свойства гранита. С увеличением величины поглощенной дозы до 20 кГр скорости продольных и поперечных волнсначала уменьшаются, а затем увеличиваются. Для исходного образца керна гранита скорости продольных и поперечных волн равны 3 747 и 2 287 м/с, для обработанного при дозе 5 кГр образца они соответственно равны 3 543 и 2 142 м/с. При дозе 20 кГр они равны 3 886 и 2 222 м/с.

Цель настоящей работы: исследования энергии разрушения и дробления керновых образцов гранита после их обработки пучком высокоэнергетически-хэлектронов.Экспериментальные исследования свойств гранита осуществлялись сотрудниками лаборатории обогащения полезных ископаемых и технологической экологии ИГД СО РАН и ЦКП ГГГИ СО РАН с помощью комплекса оборудования ИГД СО РАН для испытаний на разрушение при одноосном на-гружении с определением акустических характеристик керновых образцов указанной горной породы по методике, приведенной в [5].

Основные результаты исследований по влиянию обработки ускоренными электронами гранита на энергии его разрушения и дробления приведены в табл. 1, 2 и на рисунке.

Таблица 1

Результаты исследований энергий разрушения и дробления кернов гранита, обработанных потоком ускоренных электронов

№ образца Размер образца, dxh, мм Величина поглощенной дозы, кГр Название породы Объемная плотность, г/см3 Энергия, Дж

Разрушения сжатием Дробления

2 29,5 х 61,0 0 Гранит 2,54 7,68 700,42

5 29,6 х 56,9 5 Гранит 2,53 6,36 529,74

8 29,6 х 60,0 10 Гранит 2,56 3,06 470,88

9 29,6 х 60,0 15 Гранит 2,56 7,40 529,74

14 29,6 х 60,0 20 Гранит 2,52 22,62 784,80

Диаграммы усилие - продольная деформация для образца 2:

а) при разрушении одноосным сжатием; б) при дроблении

Анализ данных табл. 1 показывает, что энергии разрушения и дробления для гранита зависят от величины поглощенной образцами дозы. Предварительная обработка кернов гранита потоком ускоренных электронов позволяет снизить его энергию разрушения сжатием с 7,68 до 3,06 Дж, а энергию дробления с 700,42 до 470,88 Дж.

Энергии разрушения и дробления определялись по экспериментально полученным диаграммам усилие-продольная деформация. Пример таких деформаций для 2 образца гранита приведен на рисунке. В табл. 2 показан гранулометрический состав дробленных статическим сжатием разрушенных кернов.

Таблица 2

Гранулометрический состав дробленного материала, полученного при статическом сжатии обработанных потоком ускоренных электронов кернов гранита после их разрушения

№ образца Фракционный состав после статического разрушения, %

< 2 мм > 2 мм > 5 мм > 7 мм > 12 мм

2 26 15 16 22 21

5 24 12 15 32 17

8 25 15 11 21 28

9 21 14 14 21 30

14 27 18 21 27 7

Установленная на примере гранита возможность его разупрочнения при воздействии ускоренными электронами может быть использована с целью снижения расхода электроэнергии при рудоподготовке минерального сырья, содержащего породную основу в виде гранита, и минимизации потерь полезных компонентов при последующем обогащении.

Работа выполнена в рамках проекта НИР, № госрегистрации АААА-А17-117092750073-6.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Чантурия В. А., Козлов А. П. Современные проблемы комплексной переработки труднообогатимых руд и техногенного сырья // Современные проблемы комплексной переработки труднообогатимых руд и техногенного сырья (Плаксинские чтения - 2017) : материалы Междунар. науч. конф., Красноярск, 12-15 сентября 2017 г. - Красноярск : Сиб. фе-дер. ун-т, 2017. - С. 3-6.

2. Газалеева Г. И., Левченко Е. Н., Братыгин Е. В. Выбор специальных методов рудо-подготовки при обогащении тонковкрапленных труднообогатимых руд, содержащих редкие металлы // Современные проблемы комплексной переработки труднообогатимых руд и техногенного сырья (Плаксинские чтения - 2017) : материалы Междунар. науч. конф., Красноярск, 12-15 сентября 2017 г. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2017. - С. 34-37.

3. Селективное разрушение минералов / В. И. Ревнивцев, Г. В. Гапонов, Л. П. Зарогат-ский и др. ; под ред. В. И. Ревнивцева. - М. : Недра, 1988. - 286 с.

4. Исследование деформационно-прочностных характеристик керновых образцов гранита, обработанных потоком ускоренных электронов / С. А. Кондратьев, В. И. Ростовцев, О. Р. Кулагин, Б. Б. Сиволап // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2017. XIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 17-21 апреля 2017 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2017. Т. 2. -С. 50-54.

5. Исследование деформационно-прочностных характеристик керновых образцов известняка, обработанных потоком ускоренных электронов / С. А. Кондратьев, В. И. Ростовцев, О. Р. Кулагин, Б. Б. Сиволап // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2016. XII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 18-22 апреля 2016 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2016. Т. 3. -С.142-146.

© В. И. Ростовцев, С. А. Кондратьев, О. Р. Кулагин, Р. А. Кулагин, Б. Б. Сиволап, 2018