CC BY
208
В.М. Авдохин НАУЧНАЯ ШКОЛА
«ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ»
МГГУВ СИСТЕМЕ ГОРНО-ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА
Рассмотрены перспективы развития научной школы «Обогащение полезных ископаемых» в Московском государственном горном университете. Описаны основные направления работы научной школы.
Ключевые слова: обогащение полезных ископаемых.
Обогащение полезных ископаемых - как область науки и техники извлечения ценных компонентов из природного минерального сырья в процессах первичной его переработки с целью получения кондиционных концентратов возникло и развивалось вследствие расширения потребности в минеральных продуктах и постепенного естественного истощения богатых месторождений. По мере прогресса горного производства и освоения новых месторождений комплекс процессов обогащения становился ключевым в решении важнейших горнотехнических проблем: рационального использования минеральных ресурсов, создания малоотходных и безотходных производств, разработки энергосберегающих технологий [1].
Значительные достижения фундаментальной науки в области познания основных явлений и закономерностей при разделении минеральных комплексов предопределили интенсивное развитие техники и технологии обогащения полезных ископаемых. За последние 50 лет созданы высокоэффективные процессы и технологии для первичной переработки углей, руд, горнохимического и других типов сырья. В результате промышленность обеспечивается необходимой номенклатурой и качеством концентратов.
Вместе с тем к началу XXI века в области переработки полезных ископаемых обострился ряд крупных проблем, обусловленных объективным противоречием между постоянно снижающимся качеством добываемого минерального сырья с одной стороны и дос-
тижением физических границ применения традиционных процессов обогащения с другой.
В переработку все более вовлекаются высокозольные и сернистые угли, труднообогатимые руды сложного вещественного состава, характеризующиеся низким содержанием ценных компонентов, тонкой вкрапленностью и близкими технологическими свойствами минералов. Для переработки такого сырья требуется применять технологии селективной дезинтеграции субмикрозернистых агрегатов и технологии разделения тонких и ультратонких частиц. Однако существующие процессы рудоподготовки и обогащения малоэффективны, а часто вообще непригодны для решения этих задач. Так в ряде случаев при обогащении комплексных руд даже значительное увеличение тонины помола не приводит к достижению требуемой степени раскрытия минералов и в то же время существенно увеличивает количество тончайших частиц менее 10 мкм не извлекаемых физическими методами. В результате на стадии обогащения 35-40 % потерь ценных компонентов связано с нераскрытыми сростками, 30-35 % - с тонкими шламами [23].
Для решения возникших проблем современный уровень научных знаний недостаточен. Должно основываться на базе новейших достижений фундаментальных и горных наук в направлениях интенсификации действующих и создания новых процессов и аппаратов, комбинирования физических и химических методов на всех стадиях переработки минерального сырья.
Подготовительные процессы осуществляются с целью раскрытия минералов из сростков перед обогащением. Результатом этих процессов должно быть получение смеси отдельных зерен полезных минералов и минералов пустой породы при энергетических затратах, направленных только на разрыв межатомных связей, по поверхностям их срастания. На основе теории Орована-Гриффитса-Ребиндера сформулированы принципы разупрочненеия и раскрытия сростков минералов при разрушении горных пород, предложены режимы избирательного раскрытия минералов, создано дробильно-измельчительное оборудование большой производительности (ККД-1500/270, КСД-300Т, КМД-300Т, МШР-
6000х6500, ММС-5500х6500, ММС-105х38 и ММС-105х50), дробилки с высокой степенью сокращения крупности материала (КИД-1750 и КИД- 2200, «Жиродиск») с регулируемой разгрузочной щелью /«Гид-рокон» и др./[4].
Однако традиционная техника и технология механического дробления и измельчения руд не соответствует принципам селективной дезинтеграции, а эффективность использования энергии при этом составляет не более 20 - 50 % [1, 17].
Селективность раскрытия минералов в наименьшей степени достигается в конусных и щековых дробилках, поскольку их жесткая кинематическая схема не позволяет регулировать усилия дробления. Более высокой степенью селективности раскрытия минеральных фаз характеризуются дробилки ударного действия, мельницы самоизмельчения, а также созданный Механобром новый класс виброинерционных дробильно-измель-чительных машин (дробилки типа ВЩД, КИД, ЦИД, мельницы типа ВИМ) [18]. Эффективность процесса измельчения в барабанных шаровых и стержневых мельницах по - видимому достигла своих естественных границ, и многочисленные исследования за последние 10 - 20 лет не привели к существенному ее повышению [27].
Имеются перспективные разработки машин и отдельных элементов технологий, позволяющих осуществлять селективную дезинтеграцию энергией сжатой газообразной среды, взрывную дезинтеграцию, электроимпульсную (плазменную) и др., однако пока они не получили широкого практического распространения.
С целью повышения селективности дезинтеграции руды перспективно применять различные способы разупрочнения материала по межзерновым границам. В зависимости от свойств минеральных компонентов могут быть использованы механические; термические; акустические; электрохимические; магнитострикционные; электрострикционные; радиационные и другие способы воздействия [1, 23].
Реальной проблемой при тонком и ультратонком измельчении является существование предела крупности измельчения, который возникает в результате динамического равновесия между процессами уменьшения размера и повторного катезионного слипания тонких частиц. Поэтому перспективным является использование средств для ослабления процесса агломерации и уменьшения предельной крупности измельчения.
Эффективность процесса измельчения возрастает при использовании в качестве его «Активаторов» различных химических соединений: поверхностно-активных веществ (ПАВ) (эффект П.А.
Ребиндера); органических жидкостей и газов; флокулянтов и дис-перганторов.
Включение в технологию рудоподготовки радиметрических методов крупнокусковой и порционной сепарации дает возможность вывести из процессов дробления и измельчения до 30 % породы и одновременно значительно повысить качество продукта, поступающего на обогащение [2, 5, 15, 21].
Таким образом, основной научной проблемой на стадии рудоподготовки является поиск научно обоснованных путей и принципиально новых способов селективного разрушения минеральных ассоциаций при наименьших затратах энергии.
Значительный вклад в развитие процессов рудоподготовки на разных этапах внесли ученые МГГУ - профессор Л.Б. Левенсон в области дробления и грохочения; профессор Шинкоренко С.Ф. в области самоизмельчения; профессор Родин Р.А., обосновавший новую гипотезу процесса разрушения горных пород.
Гравитационные методы обогащения широко используются в промышленности или в качестве самостоятельных операций разделения, или в комбинации с другими методами, в частности с флотацией, магнитной сепарацией и химической переработкой.
Теоретической основой гравитационных методов обогащения являются закономерности движения частиц в стесненных условиях под действием силы тяжести или центробежных сил и противодействующих им сил сопротивления среды [25].
К настоящему времени с использованием существующей научной базы разработано более десятка разновидностей процессов гравитационного обогащения, создано около сотни аппаратов и машин различных типов. Современные гравитационные методы обогащения реализуются в сложных много-компонентных и многофазовых взвесях. Расслоение зерен достигается по одному из разделительных признаков путем гидро- и аэродинамических воздействий на минеральную смесь. Такими разделительными признаками могут быть: реологические параметры среды разделения или среды, подверженной одновременному действию электрических и магнитных полей; скорости движения зерен в пульсирующем потоке воды; или текущем по наклонной плоскости; в вертикальном потоке воды и др.
Наиболее широко используются процессы разделения в тяжелых средах, отсадка, концентрация на столах, на винтовых и струйных сепараторах в центробежных концентраторах и шлюзах.
Для тяжелосредного обогащения применяют сепараторы СКВП-32 производительностью от 350 до 500 т/ч. На базе их разработан типоразмерный ряд сепараторов, включающий в себя СКВП-20 (до 270 т/ч) и СКВП-40 (700 т/ч).
Для обогащения углей отсадкой применяют машины типа МО (МО-312, МО-318, МО-424 и МО-636), производительность которых колеблется от 320 до 1000 т/ч.
Для обогащения мелкого угля используют тяжелосредные циклоны - двухпродуктовые ГТ-500, ГТ-630, ГТ-710 производительностью по углю 50-100 т/ч, а также трехпродуктовые ГТ-630/500, ГТ-710/500, ГТ-750/630 производительностью 80-150 т/ч.
Созданы конусные одно- и много-ярусные струйные концентраторы диаметром 2 и 3 м, многодечные подвесные и опорные концентрационные столы типа СК, СКО с площадью концентрации от 7,5 до 45 м2, винтовые шлюзы и сепараторы диаметром 1000 и 1500 мм, орбитальные шлюзы, центробежные концентраторы и центрифуги, турбоциклоны, короткоконусные гидроциклоны, про-тивоточные сепараторы, гидравлические классификаторы новой конструкции [5, 25]. Гравитационные методы обогащения позволяют перерабатывать крупнозернистый материал с верхним пределом крупности до 300 мм и нижним - 0,2 мм. Эффективность сепарации ухудшается при переработке более тонкого материала в связи с уменьшением соотношения гравитационной силы и величины сил сопротивления движению частицы.
Другой важной причиной ограничения крупности может служить интерференция функций транспортирования и разделения в рабочей зоне сепаратора.
При гравитационном обогащении в области тонких размеров частицы теряют свою индивидуальность и перемещаются соответственно потоку жидкости. В таких условиях сепарация только на основе различия в плотности становится почти невозможной.
Эффективное использование гравитационных методов для обогащения тонких частиц (менее 0,2 мм) стало возможным благодаря применению в аппаратах комбинированных воздействий - наложения центробежных, магнитных и электрических полей на минеральные суспензии [23, 25]. В перспективе эти аппараты могут
вытеснить традиционное оборудование для обогащения материала крупностью (-20 + 0,1) мм, так как они отличаются более высокой производительностью на единицу площади и имеют высокую эффективность разделения.
Для эффективной реализации гравитационных процессов обогащения в современных условиях требуется качественно новый уровень их научной базы, обеспечивающий прогнозный расчет оптимальных технологических параметров при переработке различных типов полезных ископаемых как в условиях усложнения их вещественного состава, так и снижения размеров вкрапленности ценных компонентов при минимальной разнице их плотностей.
Значительный вклад в развитие теории и технологии гравитационного обогащения внесли ученики И.М. Верховского - профессора, д.т.н. Виноградов Н.Н. в области отсадки; Шохин В.Н. в области тяжелосредного обогащения и др.
Магнитные методы применяются для обогащения сильномагнитных железосодержащих руд, а также слабомагнитных руд черных, цветных и редких металлов [9].
В области магнитного обогащения и сепараторостроения Россия занимает ведущее место в мире. Созданы научные основы магнитного обогащения и принципы производства современного оборудования. Многолетний опыт совершенствования магнитных методов обогащения в промышленных условиях и в научноисследовательских лабораториях привел к созданию большой совокупности процессов магнитного обогащения. Для каждого из них создают, как правило, несколько типов магнитных сепараторов с различными технологическими возможностями разделения минералов (конструктивные решения процесса), производительностью и другими технико-экономи-ческими показателями [1].
Для сепарации сильномагнитных руд используют барабанные сепараторы ПБМ, ЭВМ-90/СЭ/246-СЭ-А/ и 217-СЭ-П-А с напряженностью магнитного поля в рабочей зоне на поверхности барабана 155-160 кА/м и производительностью по питанию 20-50 т/ч. Для сухого магнитного обогащения слабомагнитных руд, доводки черновых концентратов цветных и редких металлов используют валковые сепараторы ЭВС-38/9, ЭВС-36/50 и 2ЭВС-36/100 с напряженностью магнитного поля в рабочей зоне на поверхности валка 1350 кА/м и производительностью по питанию 0,7; 4 и 12 т/ч. Для мокрой магнитной сепарации тонкоизмельченных слабомаг-
нитных руд и материалов крупностью не более 0,8 мм пригодны роторные сепараторы 1/1 ЭРФМ-100; 1/2 ЭРФМ-100 и 2/2 ЭРФМ-160 со средней магнитной индукцией 1,1-1,5 Т. ТЛ и производительностью по питанию 5; 5-10; 50-100 т/ч [5, 10].
Для большинства руд их магнитное обогащение связано со следующими сложностями:
- наличие промпродуктов, состоящих из сростков магнитных и немагнитных минералов с широким диапазоном значений эффективных магнитных восприимчивостей;
- потребительной ценностью обладают как магнитные, так и немагнитные минералы (например, вольфрам в вольфрамите и шеелите);
- свойства минералов непостоянного состава могут находиться в интервале от магнитных до немагнитных свойств (например, пирротин - пирит - марказит, хромит с высоким и низким содержанием железа или марматит - сфалерит);
- ценные и породные минералы могут иметь перекрывающиеся значения магнитной восприимчивости (например, хромит и пироксен).
В результате вышеприведенных факторов высокая эффективность магнитной сепарации редко достигается в один прием за исключением очень простых случаев.
Основным достижением в области магнитного обогащения за последние 50 лет является создание высокопроизводительных аппаратов с высокой напряженностью поля, предназначенных для сухого и мокрого обогащения слабомагнитных тонкоизмельченных материалов и обеспечивающих комплексное использование железных руд и редкометального сырья [1, 2].
Основные трудности магнитного обогащения связаны с переработкой тонковкрапленных руд, поскольку для частиц крупностью менее 20 мкм магнитная восприимчивость и, соответственно, магнитная сила обычно в 2-3 раза ниже, чем для крупных частиц.
В то же время потребность в постоянном росте производительности оборудования приводит к резкому увеличению скоростей движения пульп и возрастанию диссипативных сил в рабочем пространстве магнитных сепараторов. При этом становится необходимым также существенно увеличивать магнитные силы, что повышает себестоимость сепарации и, в конечном счете, определяет экономический предел ее применения [1, 10].
В области электрического и магнитного обогащения учеными МГИ-МГГУ разработаны новые конструкции коронных электрических сепараторов (Н.Ф. Олофинский, П.М. Рывкин), научные основы и новые аппараты магнитоадгезионной, магнитно-флокуляционной, полиградиентной сепарации (проф. Кармазин В.В., Малюк О.П., Ангелова С.М. и др.).
Решение проблемы извлечения тонких магнитных шламов и регенерации полиградиентной среды может существенно увеличить масштабы и эффективность применения магнитной сепарации.
Флотационные методы в настоящее время применяются для переработки более 90 % руд цветных металлов, значительной части руд редких и благородных металлов, горно-химического сырья и других полезных ископаемых [4]. Интенсивное развитие теории и практики флотации сделало этот метод обогащения не только наиболее эффективным, но и наиболее универсальным и динамично развивающимся.
Наряду с наиболее распространенным процессом пенной флотации получают развитие весьма перспективные комбинированные процессы: флотоотсадка, флотомагнитная сепарация, эмульсионная флотация и флотоконцентрация.
Обоснованы основные закономерности процесса электролитической флотации металлосодержащих осадков из раствора.
Создан модельный ряд высокопроизводительных флотационных машин механического, пневмомеханического, пневматического (колонного) типа ФМР, ФПМ, ФМУ и др. для разделения крупных частиц и шламов (>40 мкм). Успешно разрабатываются научные принципы конструирования флотационных реагентов с заранее заданными свойствами [5].
При разделении минералов с близкими технологическими свойствами повышение их контрастности достигается путем избирательного изменения технологических свойств минералов на основе энергетических воздействий, включая радиационные, ультразвуковые, электрохимические, механохимические, плазменные [23].
Несмотря на многочисленные исследования, до настоящего времени остается нерешенной проблема флотации тонких минеральных частиц, хотя она не является ограничением процесса, поскольку в определенных условиях могут быть селективно сфлоти-
рованы даже ионы. Проблема обусловлена целым рядом факторов, к которым относятся большая удельная площадь поверхности, небольшая масса частиц, морфологические особенности, минералогические и химические изменения поверхности вследствие её окисления, выпадения осадков и других явлений.
Решение проблем низкого извлечения, низкой селективности и высокого расхода реагентов при флотации тонких частиц просматривается в контролируемой их агломерации, использовании мелких пузырьков, синтезе селективно действующих реагентов, например обладающих хелатными функциональными группами, создание флотационных машин с оптимальными гидродинамическими параметрами [2, 27].
Расширение области применения флотации в различных сферах производства требует, в свою очередь, расширения масштабов научных исследований с использованием современных методов с целью повышения эффективности и оптимизации параметров флотационной технологии переработки различных типов минерального сырья.
Основными направлениями совершенствования и интенсификации процесса флотации являются оптимизация физикохимических и физико-механических условий флотации, автоматический контроль и регулирование физико-химического состояния пульпы и оборотных вод.
В МГГУ приоритетно разрабатываются принципы (количественная теория) физико-химической оптимизации процессов коллективной и селективной флотации при обогащении минерального сырья, позволяющие повысить эффективность процессов разделения минералов, сократить расход реагентов, осуществить автоматический контроль и регулирование технологических процессов в условиях полного водооборота (проф. Абрамов А.А., Авдохин В.М., Морозов В.В.) [5].
Химические методы извлечения ценных компонентов из полезных ископаемых и продуктов их переработки основаны в большинстве случаев на растворении минералов и зависят от свойств растворяемого вещества и растворителя [24].
Внедрение таких методов эффективно в тех случаях, когда механическое обогащение не обеспечивает получения кондиционных концентратов или достаточно высокой степени извлечения полезного компонента.
Химические методы извлечения полезных компонентов по схеме «выщелачивание-осаждение» благодаря простоте аппаратурного оформления и обслуживания а также стабильности получаемых результатов успешно применяют на многих предприятиях алюминиевой, золотодобывающей и урановой промышленности, на обогатительных предприятиях при переработке трудно доводимых промпродуктов [7, 14, 24].
Биохимические (бактериальные, микробиологические) методы успешно применяют в технологии обогащения руд и гидрометаллургической переработки концентратов, содержащих Аи, Си, 2п, Мо, и, Мп, Fe и другие металлы [20, 24].
Для химической селекции минералов требуются избирательное растворители, выбор которых часто крайне сложен и во многих случаях не может быть предсказан теоретически. Поэтому проводят обширные экспериментальные изыскания селективных растворителей, определяют пути более общих подходов, базирующихся на законах химической термодинамики.
До настоящего времени не существует законченной теории растворов, что определяется трудностями исследования жидкого состояния вещества. Аналогичное положение характерно и для учений о растворении и растворимости твердых тел в жидкостях. Эти учения пока основываются на качественных и количественных закономерностях и не позволяют во многих случаях научно обосновать выбор растворителя и условий растворения. В подборе растворителей важную роль должны сыграть теории кислот и оснований, позволяющие логично подойти к получению смесей реагентов различной агрессивности, т.е. к их основному свойству, определяющему при выборе селективно выщелачивающих агентов [1, 24].
Моделирования процессов обогащения существенно отстают, главным образом, в связи с трудностями определения характеристик минеральных частиц и прогноза их поведения в разделительных процессах. Однако в последние годы наблюдается прогресс и в данной области. Разработанные модели дробилок, грохотов, стержневых и шаровых мельниц и гидроциклонов в настоящее время достаточно точны и являются важным инструментом для проектирования циклов, содержащих эти аппараты [26, 27]. Недостаточно адекватны модели процессов самоизмельчения в связи со сложностью механизма разрушения в них минеральных агрегатов.
Моделирование гравитационного обогащения отставало в связи с меньшим объемом применения самих методов. Однако ситуация быстро меняется, так как увеличивается роль дешевых методов гравитационного обогащения в качестве предварительной и контрольной концентрации. Прогресс в основном связан с моделированием кривой разделения в форме двух параметрической функции. Особенности кривых разделения для сепарации по плотности требуют более сложных функций, включающих более двух параметров и требующих нелинейных процедур оптимизации для оценки параметра.
В результате имеется серьезный недостаток адекватных общих моделей как для тяжелосредной сепарации, так и для гравитационного обогащения.
Обширные исследования по моделированию флотационных процессов позволили раскрыть многие его закономерности [4, 26, 27]. Однако они в большей степени использовались для контроля флотационного процесса, нежели для моделирования полного цикла с целью проектирования.
Проблема заключается в том, что константы скорости флотации, относящиеся к отдельным минералам, часто изменяются от основного до перечистного цикла, даже если в пульпу не добавляются дополнительно реагенты и отсутствие доизмельчение. Известно, что в цикле доизмельчения изменяются крупность, степень раскрытия и поверхностные свойства грубого концентрата или промпродукта, что существенно снижает точность модели.
Наиболее предпочтительна для моделирования та часть флотационного цикла (основная - контрольная операции), которая имеет наибольшее влияние на извлечение, достигнутое на фабрике. Модели можно использовать для проектирования и оптимизации этой секции, но даже для нее они не обеспечивают получение такого качества информации, как для дробления и измельчения.
В МГГУ разработана методология физико-химического моделирования и оптимизации процессов флотации по параметрам ионного состава пульпы [4, 5].
Автоматизация управления процессами переработки минерального сырья интенсивно разрабатывается во всем мире уже более 20 лет [19]. За это время были разработаны различные системы контроля для ограниченного числа процессов, главным образом, для дробления, измельчения и флотации. Процессы тяжелосредной
сепарации и гравитационного обогащения недостаточно автоматизированы в основном из-за отсутствия подходящих контрольно-измеритель-ных приборов.
За последние 10 лет состояние и значение систем регулирования существенно изменялось. Множество фирм, производящих приборы и компьютеры, продают «распределенные системы контроля», которые на основном уровне уже снабжены эффективными операционными устройствами. В настоящее время боль-шинство новых предприятий объединяют такие системы основного уровня в общие системы автоматического управления.
Процессы обогащения полезных ископаемых как объекты автоматизации характеризуются большим временем запаздывания в контуре, взаимодействием между отдельными контурами регулирования, различными неконтролируемыми изменениями процесса. В этой связи классическое ПИ регулирование затруднено.
Современная техника регулирования, применяемая при обогащении, распадается на две категории: самонастраивающееся, или адаптивное регулирование и оптимальное. В обоих случаях линейные модели процесса используют для прогнозирования измеряемых и не измеряемых переменных процесса; таким образом обеспечивается получение лучшей информации, на которой основано регулирующее воздействие [8, 27].
Для регулирования флотационных циклов часто применяют самонастраивающиеся системы. В авторегрессивной системе идентификации движущаяся средняя (АЯМА) модель приспосабливается к процессу при каждом регулируемом воздействии. Для поддержания параметров модели наиболее часто используется простой рекурсивный алгоритм. Однако специалисты утверждают, что такой тип системы регулирования медленно адаптируется к изменению типа руды [27]. Это происходит вследствие необходимости сбора данных за длительный промежуток времени для целей регрессии. Преодолеть указанную проблему может оптимизационная технология, в которой используется нелинейная модель АЯМА. Модель быстро подстраивается к динамическому процессу, используя стандартный рекурсивный алгоритм без необходимости длительного сбора данных. Однако такая нелинейная техника моделирования еще не применяется во флотации.
В МГГУ развивается новое направление развития оптимального регулирования процессов флотации по разрабатываемым мно-
гомерным и многоуровневым физико-химических моделям с использованием адаптивно-детерменированных методов и техникоэкономических критериев (проф. Абрамов А.А., Авдохин В.М., Морозов В.В.) [3, 13].
Очистка сточных вод является важной функцией горнообогатительного предприятия. Обогатительные фабрики ежегодно направляют в хвостохранилища и очистные сооружения до 10 км3 твердых и жидких отходов. Со сточными водами за год сбрасывается до 17,8 Мт растворенных веществ по сухому остатку, в том числе: 8 Мт - хлоридов; 5,4 Мт - сульфатов; 0,126 Мт - нитратов. Анализ солевого сброса показал, что 17,8 км3 природных вод содержат более 1 г/л солей и, следовательно, уже не могут быть отнесены к категории пресных [1].
В настоящее время очистка и кондиционирование оборотных вод обогатительных фабрик осуществляются с помощью химических реагентов, сорбционных электродиализных и комбинированных методов с использованием в первичной стадии очистки природных сорбентов (высокопористых углей, цеолитов) [6]. Однако данные технологии дорогостоящи и в основном позволяют осуществлять очистку промышленных вод только от токсичных веществ и не обеспечивают регулирование их ионного состава с целью придания жидкой фазе пульпы оптимальных физико-химических свойств для эффективного проведения того или иного технологического процесса разделения минералов.
Содержащиеся в сточных водах полезные компоненты являются вторичным сырьем для предприятий металлургической и химической промышленности, поэтому использование их в значительной мере может снизить себестоимость очистки, так что в некоторых случаях процессы очистки сточных вод могут стать самоокупаемыми.
Проблема охраны окружающей среды решается также путем перехода на систему замкнутого водооборота. Переход от системы оборотного водоснабжения с саморегулирующейся средой к системе с кондиционированием позволяет отказаться от сброса сточных вод и, вместе с тем, обеспечить стабильность технологического процесса за счет создания или поддержания оптимального ионного состава [23].
Эффективное решение задач обогатительного передела и осуществление полного водооборота на обогатительных предприятиях
невозможно без обеспечения автоматического контроля и регулирования, и в первую очередь, флотационных процессов. Системы автоматизации при этом должны базироваться на уже имеющихся в настоящее время детерминированных моделях [5]. Только физикохимическая модель процессов флотации способна обеспечить не только надежную их оптимизацию и возможность перехода от нерационального способа очистки сточных вод с химическим разрушением реагентов к кондиционирования оборотных вод на основе разработанных физико-химических критериев к их ионномолекулярному составу без разрушения необходимых в процессе реагентов, но и извлечение и утилизацию ценных компонентов (например, растворение цветных и благородных металлов) [5].
Технологические схемы переработки минерального сырья усложняются вместе со снижением качества и усложнением вещественного состава руд и углей [2, 5, 23].
Минерально-сырьевая база России в настоящее время по своим качественным параметрам и промышленно-экономичес-кой значимости в большинстве случаев не отвечает современным условиям и требованиям мирового рынка. За последние 20 лет в целом содержание цветных металлов и рудах снизилось в 1,3-1,5 раза, железа -в 1,2 раза, золота - в 1,2 раза, доля труднообогатимых руд в общей массе сырья, поступающего на обогащение, возросла с 15 до 40 % [23].
Для комплексных руд характерны сложная структура, сложная ассоциация основных минералов: тонкая дисперсность ценных минералов. В рудах присутствуют минералы-примеси, экономическая важность которых зависит от содержания редких благородных металлов в них или их влияния на металлургический процесс (присутствие мышьяка, сурьмы, висмута, ртути, кадмия и т.д.). Из этого следует, что результаты технолого-минералогических исследований полезного ископаемого на основе современных методов имидж-анализа должны стать информационной базой для прогнозной оценки необходимой степени раскрытия и обогатимости различными процессами или их комбинацией [22].
Технологические схемы переработки комплексных руд в настоящее время отличаются большим разнообразием, многоопера-ционностью процессов рудоподготовки и обогащения, и вместе с тем низкой эффективностью. Основная проблема переработки комплексных руд - недостаточная эффективность применяемых про-
цессов традиционного физического обогащения, в результате которого получаются низкокачественные концентраты при низком извлечении металлов. Так извлечение цветных металлов снизилось в ряде случаев до 60-70 %, редких - до 55-60 %.
Наиболее перспективны комбинированные схемы, включающие физические, химические и металлургические процессы в различных вариантах [7, 9, 12, 14, 16]. Так, физические процессы могут использоваться для «предконцентрации» и получения грубых коллективных концентратов при минимальных энерго- и материальных затратах, а последующая переработка может осуществляться химическими или металлургическими методами. Химические процессы могут быть включены в технологию в начале схемы с последующим применением физических процессов обогащения. Характер комбинации должен определяться в каждом конкретном случае особенностями вещественного состава исходного сырья и конечными техникоэкономическими показателями с учетом экологических факторов.
В МГГУ разрабатываются перспективные комбинированные процессы и технологии переработки комплексных руд редких металлов, золота и др. [11, 16].
Таким образом, развитие научно-технического прогресса в горноперерабатывающем комплексе обуславливает благоприятные перспективы развития научной школы «Обогащение полезных ископаемых». Кроме того, разработанные методы разделения компонентов в силовых полях универсальны и используются не только для переработки и обогащения минерального сырья, но и в металлургии, химическом производстве, ядерной энергетике, строительной промышленности и других отраслях промышленности, что расширяет область научных исследований.
В настоящее время научная школа «Обогащение полезных ископаемых» МГГУ имеет высокий интеллектуальный, методический и материальный потенциал.
Кафедра располагает современным учебно-научным комплексом, включающим 10 специализированных лабораторий, оборудованных современной технологической, контрольно-измерительной и компьютерной техникой.
С 1992 г. успешно функционирует филиал кафедры в Национальном научном центре горного производства на базе Комплексного научно-исследовательского и проектно-конст-рукторского института обогащения твердых горючих ископаемых (ИОТТ).
Школа имеет тесные связи с Российской Академией наук, и рядом зарубежных научно-исследовательских центров. В составе научно-педагогической школы 8 профессоров, докторов технических наук, 7 доцентов, кандидатов технических наук, 5 инженеров, 10 аспирантов (ежегодно), в том числе профессора, докт. техн. наук: Авдохин В.М., Абрамов А.А., Кармазин В.В., Морозов В.В., Петров И.М., Чантурия Е.Л.; доценты, к.т.н.: Николаева Т.С., Юшина Т.И., Дубов Н.А., Вишкова А.А.; зав лаб. Кузин Г. П., Ви-хирев Ю.А.
На основе вузовского совместительства ведут большую научную и педагогическую деятельность директор ИПКОН РАН Академик РАН Чантурия А.А., являющийся соруководителем научной школы, зам. генерального директора ГИГХС профессор Лыгач В.Н., Генеральный директор ИОТТ профессор д.т.н. Линев Б.И., Главный ученый секретарь ИОТТ профессор Давыдов М.В.
Среди ведущих ученых школы 4 заслуженных деятеля науки РФ; 5 действительных членов, Российских и Международных Академий; Лауреаты различных премий, авторы десятков изобретений и патентов.
Коллектив кафедры и научной школы активно участвует в решении важнейших научно-технических проблем переработки и обогащения полезных ископаемых в рамках Федеральных, Отраслевых, Межвузовских и Международных Научно - Технических Программ. Ведущие ученые ежегодно представляют научные доклады на Международных Конгрессах, Конференциях и Симпозиумах, осуществляет подготовку научных кадров высшей квалификации как для России, так и стран ближнего и дальнего зарубежья (Украина, Казахстан, Узбекистан, Монголия, Алжир, Ангола, Вьетнам, Китай и др.).
Заключение
Перспективы развития научной школы «Обогащение полезных ископаемых» МГГУ связаны с фундаментальными исследованиями процессов дезинтеграции и разделения минеральных компонентов по следующим основным направлениям:
• изучение взаимосвязи структурного, вещественного и фазового составов природного и техногенного сырья с физическими, физикотехническими и технологическими свойствами минералов с целью его прогнозной экспрессной оценки обогатимости:
• разработка общей теории интергранулярного разрушения горных пород, методов селективной дезинтеграции, механических и энергетических способов интенсификации разупрочнения минеральных комплексов;
• обоснование и разработка новых методов, процессов и аппаратов для извлечения тонкодисперсных частиц ценных компонентов при переработке минерального сырья;
• развитие общей теории процессов флотационного обогащения и их оптимизация на основе физико-химического моделирования и применения новых реагентов;
• развитие теории разделительного массопереноса и создание эффективных сепараторов с магнитными системами на сверхпроводниках;
• изучение гидродинамики и создание новых комбинированных процессов и аппаратов с наложением силовых полей для гравитационного обогащения тонкозернистых материалов и шламов;
• разработка комбинированных процессов и технологий переработки руд цветных, редких и благородных металлов с применением физических, химических и металлургических процессов, обеспечивающих повышение извлечения ценных компонентов и комплексность использования минерального сырья;
• обоснование и разработка рациональных технологий глубокой переработки и обогащения ископаемых углей, обеспечивающих получение новых видов высококачественной и экологически чистой продукции;
• моделирование обогатительных процессов с целью оптимизации проектирования и автоматизации технологий переработки минерального сырья;
• создание новых процессов и аппаратов для избирательного изменения технологических свойств минералов на основе энергетических воздействий, с целью повышения эффективности разделительных процессов;
• разработка эффективных методов очистки сточных вод и переработки техногенного сырья с извлечением и утилизацией ценных компонентов.
--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли. / Под общей редакцией акад. Трубецкого - М: Изд-во АГН, 1997.
2. Авдохин В.М. Обогащение полезных ископаемых - проблемы и решения. Горный журнал № 1, 1999, с. 46 - 50.
3. Авдохин В.М., Морозов В.В. Управление процессами флотации с использованием адаптивно - детерминированных методов // ГИАБ, 2002. № 4, стр. 167-169.
4. АбрамовА.А. Флотационные методы обогащения М.: недра, 1993.
5. Абрамов А.А. Процессы обогащения полезных ископаемых на пороге XXI века. Горное производство и наука на рубеже веков. - М.: Вестник горно - металлургической секции РАЕН, 1996.
6. Баймаханов М.Т., Лебедев К.Б., Озеров А.И. Очистка и контроль сточных вод предприятий цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1983.
7. Беликов В.В., Корженковский Л.А. Эффективность применения гидрометаллургических и химических процессов при обогащении руд цветных, черных металлов и вторичного сырья. Г орный журнал, № 4, 1997, с. 46 - 48.
8. Браун В.И., Шендерович Е.М. Современные системы управления на обогатительных фабриках. Горный журнал, № 4, 1977, с. 62 - 64.
9. Дементьева Н.А., Коган Д.И., Панченко А.Ф. и др. Комбинированная технология переработки золотосодержащих руд. Горный журнал, № 5, с. 53 - 56.
10. Кармазин В.И., Кармазин В.В. Магнитные методы обогащения - 2-е изд. перераб. и доп.- М.: Недра, 1984.
11. Кармазин В.В., Рыбакова О.Н., Измалков В.А. и др. Новые процессы извлечения мелкого золота из отвальных продуктов. Горный журнал, - 2002, № 2, с. 71 - 77.
12. Колтунова Т.Е., Максимов И.И., Нечай Л.А. Комбинированные технологии обогащения руд редких металлов. Горный журнал, № 4, 1997, с. 34 - 37.
13. Морозов В.В., Столяров В.Ф., Коновалов Н.М. Контроль и регулирование процессов флотации с использованием поточных рентгенофлюореццентных анализаторов // ГИАБ, 2002. № 6, стр. 169-173.
14. Митрофанов С.И. Комбинированные процессы переработки руд цветных металлов.- М.: Недра, 1984.
15. Мокроусов В.А., Лилеев В.Л. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд. М.: Наука. 1979.
16. Остапенко П.Е., Петров И.М., Малюк О.П., Ангелова С.М. Повышение эффективности обогащения слабомагнитного сырья на основе применения сепараторов со сверхпроводящими системами. // Горный журнал, 2002. № 3.
17. Ревнивцев В.И., Азбель Е.И., Баранов Е.Г. и др. Подготовка минерального сырья к обогащению и переработке. - М.: Недра, 1987, 307 с.
18. Ревнивцев В.И., Денисов Г.А., Зарогатский П.П., Гуркин В.Я. Вибрационная дезинтеграция твердых материалов. - М.: Недра, 1992.
19. Процуто В.С. Автоматизированные системы управления технологическими процессами обогатительных фабрик. //Москва: - Недра, 1987. С. 253 с ил.
20. Седельникова Г.В., Аслануков Р.Я., Савари Е.Е. и др. Биогидрометаллур-гическая технология переработки золотосодержащих упорных мышьяковых концентратов. // Горный журнал № 2, 2002. С. 65-68
21. Татаринов А.П. и др. Развитие покусковой сепарации полезных ископаемых. // Цв. Металлы. 1995. № 8.
22. Чантурия В.А., Башлыкова Т.В., Чантурия Е.Л. Прогнозная оценка обо-гатимости золотосодержащего минерального сырья методом анализа изображений. // Горный журнал № 11, 1995. С. 46-50.
23. Чантурия В.А. Направления исследований в области обогащения полезных ископаемых. // горный вестник. 1995. № 2. с. 37-43.
24. ЧернякА.С. Химическое обогащение руд. - М.: Недра, 1987.
25. Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения. // М.: Недра, 1986.
26. Шупов Л.П. Моделирование и расчет на ЭВМ схем обогащения. // М: Недра, 1980. С. 288 с ил.
27. Proceedigs of the XXI International Mineral Processing Congress.- Rome, ITALY, 2000, Edited by Paolo Massacci, ELSEVIER - 2000 V-A,B,C. ЕШ
Avdohin V.M.
SCIENTIFIC SCHOOL “MINERAL PROCESSING” AT MOSCOW STATE UNIVERSITY OF MINING
The outlook on development of Scientific school "Mineral processing” at Moscow state university of mining is given. The main directions offuture work are outlined.
Key words: mineral processing.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------
Авдохин В.М. - руководитель научной школы, заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук,
Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
