CC BY
45
УДК 622.7:669.223.321
DOI: 10.21209/2227-9245-2017-23-9-45-52
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ
РУДОПОДГОТОВКИ
METHOD OF DETERMINING OPTIMUM PARAMETERS OF ORE PROCESSING
OF ORE PREPARATION
A. H. Храмов,
Забайкальский государственный университет, г. Чита khramov. a53@mail.ru
A. Khramov,
Transbaikal State University, Chita
И. В. Костромина,
Забайкальский государственный университет, г. Чита kostrominaiv62@mail.ru
I. Kostromina,
Transbaikal State University, Chita
Исследована количественная оценка раскрытия минерала. Представлен алгоритм выбора крупности измельчения при подготовке минерального сырья к обогащению, включающий проведение серии опытов по измельчению навесок исследуемой руды в течение различного времени и изучение зависимости показателя порционной контрастности от продолжительности измельчения с учётом технологических показателей — выхода шламовой фракции и извлечения в неё ценного компонента. Приведен перечень технологических задач, решаемых с использованием данного алгоритма.
Изложены результаты технологических исследований полиметаллической руды Ново-Широкинского месторождения, выполненные в технологических лабораториях ЗабГУ и ЛИЦИМС. Изучение графических зависимостей показателей порционной контрастности при раскрытии галенита и сфалерита позволило установить область оптимальных параметров измельчения (выход готового класса) — соответственно 50...54 и 60...64 %. Результаты исследований могут послужить основой для корректировки схем рудоподготовки и обогащения данной руды.
Показано, что применение способа определения оптимальных параметров процессов рудоподготовки, основанного на количественном контроле перехода ценного минерала за нижнюю границу технологического или машинного класса того или иного обогатительного метода или аппарата, позволяет в целом повысить эффективность технологии переработки минерального сырья
Ключевыт слова: оптимизация; крупность измельчения; минеральное сырьё; обогащение; показатель порционной контрастности; шламовая фракция; руда; процессы1 рудоподготовки; оптимальные параметры1; методы1 исследования
The authors have studied the quantitative assessment of mineral disclosure and provides an algorithm for selecting the granularity of crushing, when preparing mineral raw materials for concentration through a series of experiments on ore charge reduction during various periods of time and studying the dependence of the fraction contrast indicator on the duration of rushing with regard to the extraction and output of the sludge fraction. The list of technological problems to be solved, using this algorithm, is given.
The results of technological studies of polymetallic ore of the Novo-Shirokinskoye deposit, made in the technological laboratories of ZabSU and LICSIMS, are presented. The study of the graphical dependencies of the batch contrast indexes on the opening of galena and sphalerite made it possible to determine the range of optimal grinding parameters (output of the finished class), respectively 50...54% and 60...64%. The results of the studies can serve as a basis for correcting the ore preparation and enrichment schemes for this ore.
It is shown that the application of the method for determining the optimum parameters of ore preparation processes based on quantitative control of the transition of a valuable mineral beyond the lower boundary of the technological or machine class of a particular beneficiation method or apparatus makes it possible generally to improve the efficiency of technology for processing mineral raw materials
Key words: optimization; fineness of grinding; mineral raw materials; enrichment; index of portion contrast; slurry fraction; ore; ore preparation processes; optimal parameters; research methods
45
© A. H. Храмов, И. В. Костромина, 2017
Основным обстоятельством, определяющим необходимость развития технологии переработки, включая методы исследования и оптимизации подготовительных процессов, является планомерное снижение качества минерального сырья.
Изменение качества добываемых твердых полезных ископаемых естественно в связи с невосполнимостью запасов полезных ископаемых в недрах земной коры и прогрессирующими темпами потребления материалов, получаемых из минерального сырья, а также вследствие вовлечения в эксплуатацию месторождений бедных и забалансовых руд, залегающих в сложных горно-геологических условиях, для отработки которых требуется применение высокопроизводительного горного оборудования и систем с массовым обрушением [10].
В целом эффективность какой-либо технологии обогащения полезных ископаемых определяется главным образом двумя основными факторами: степенью готовности исходного материала, т. е. степенью раскрытия ценных минералов в поступающем на обогащение минеральном сырье, и совершенством техники и технологии непосредственного процесса обогащения.
Минеральное рудное сырье, перерабатываемое на обогатительных фабриках, представляет собой смесь породных и рудных минералов, обладающих различными физико-механическими свойствами, в том числе свойствами (дробимостью, измель-чаемостью и раскрываемостью), характеризующими подготовительные процессы разрушения.
Область оптимальных параметров подготовительных разрушительных процессов (дробления, измельчения) руды характеризуется максимальной степенью раскрытия и минимальной степенью перехода ценного минерала в необогащаемый (труднообога-щаемый) класс крупности для того или иного обогатительного метода или аппарата. Как известно, для каждого обогатительного аппарата существует свой диапазон крупности исходного питания, имеющий верхнюю и нижнюю границы крупности, т. е. так называемый машинный класс,
определяемый его технологическими возможностями [1; 4].
Анализ способов по выбору оптимальной крупности подготовительных процессов. Исследованием руд по выбору оптимальной крупности подготовительных процессов занимаются многие зарубежные и отечественные ученые.
Приведем известные способы, которые в настоящее время востребованы исследователями .
Способ оптимизации параметров измельчения перед флотационным обогащением путем проведения серии опытов по флотации проб исследуемой руды, где степень измельчения входит в исследование флотируемости в качестве варьируемого параметра [7; 8].
Способ, где по графической зависимости извлечения ценных минералов в срост-ковую фракцию от продолжительности измельчения определяется коэффициент раскрытия при заданном времени измельчения, значение которого по шкале классификации определяет категорию раскрываемости [3].
Экспериментальный способ определения и прогнозирования оптимальной степени раскрытия полезных минералов при измельчении руды осуществляется с помощью модернизированной в ЗАО «Механобр инжиниринг» системы анализа микроизображения «Видеоплан» с применением собственных программ измерений и обработки данных [2].
В работе [6] авторы предлагают способ выбора оптимальных параметров измельчения руды по критериям оценки раскрываемости ценного минерала — показателя контрастности, степени статического фазового раскрытия, показателя селективности.
Кроме того, при применении крупнокусковой сепарации широко используется классификация, характеризующая обога-тимость минерального сырья в зависимости от величины показателя контрастности [9].
Математические модели закономерностей изменения степени раскрытия ценного минерала в зависимости от продол-
жительности разрушения, полученные по перечисленным ранее способам, имеют пропорциональные зависимости. В связи с этим не представляется возможным определить оптимальные параметры процессов рудоподготовки по причине отсутствия экстремумов. Данные методики позволяют определить динамику процесса и категорию (класс) дробимости, измельчаемости или раскрываемости.
Алгоритм выбора крупности измельчения при подготовке минерального сырья. Представляется, что одним из перспективных подходов по выявлению оптимальных параметров процессов подготовки руд к обогащению является способ количественного контроля перехода ценного минерала за нижнюю границу технологического или машинного класса крупности [11].
Научно-исследовательские работы по изучению раскрываемости минералов при проведении разрушительных процессов минерального сырья выполняются по определенному порядку (алгоритму). При этом показатель контрастности используется как критерий раскрываемости ценных компонентов в процессе разрушения руды с учетом основных технологических показателей — выхода необогащаемого класса и извлечения в него ценного компонента. Основные этапы, составляющие алгоритм проведения научно-исследовательских работ, представлены на рис. 1.
Показатель контрастности в этом случае возможно определять как показатель порционной контрастности (Мп), т. к. данный критерий отражает контрастность порционных фракций по содержанию ценного компонента. В связи с этим показатель контрастности можно использовать как критерий оценки раскрываемости ценных компонентов в процессе разрушения руды при ее подготовке к обогащению с использованием формулы (1)
-+ |(8нк -7нк)|>
(1)
а
где а — массовая доля ценного компонента в
изучаемой пробе, доли ед.;
р. и у. — массовая доля ценного компонента и выход 1-й фракции (порции), доли ед.; 8 и у — извлечение ценного компонен-
нк 1 нк 1
та и выход фракции необогащаемого класса крупности соответственно, доли ед.
Алгоритм научно-исследовательских работ для решения различных технологических задач рудо-минералоподготовки предполагает два возврата на определенные этапы работ. Первый возврат необходим с целью построения кривых контрастности и определения теоретических прогнозных показателей обогащения руды на первоначально выбранном обогатительном аппарате. Второй возврат позволяет получить прогнозные показатели разделения руды на выбранном обогатительном аппарате другого типа, что дает возможность выбора экономически обоснованного типа аппарата для обогащения исследуемой руды.
Применение алгоритма научно-исследовательских работ позволяет не только произвести выбор экономически обоснованного типа аппарата для обогащения исследуемой руды, но и практически реализовать решение следующих горно-технологических задач:
— производить выбор оптимальных параметров буровзрывных работ с целью получения из горной массы товарной крупнокусковой продукции, отвальных хвостов и кондиционной руды в процессе горных работ и транспортировки горной массы на обогатительную фабрику;
— производить выбор оптимальных параметров процессов рудоподготовки без проведения экспериментальных опытов разделительных процессов при исследовании на обогатимость минерального сырья в лабораторных и полупромышленных условиях;
— определять теоретические прогнозные показатели обогащения и оценивать проектную или действующую технологию переработки по результатам фракционирования измельченной пробы в области выявленных оптимальных параметров;
— выявлять оптимальные параметры измельчения для раскрытия каждой минеральной составляющей полиметаллических (полиминеральных) руд, а также определять очередность раскрытия ценных ком-
понентов при проведении технологических исследований, что является базовой информацией для обоснования и развития схем рудоподготовки и обогащения;
— производить уточнение и корректирование технологического режима измельчения в промышленных условиях с учетом технологических особенностей машинных классов работающего оборудования, выявленных при изучении гранулометрического
и фракционного состава хвостов и концентрата обогатительного цикла;
— использовать показатель порционной контрастности при создании программ для математической обработки данных системы анализа микроизображения при электронном методе изучения раскрываемости ценного минерала с целью определения оптимальной степени измельчения
руды [5]-
Рис. 1. Алгоритм научно-исследовательских работ для решения различных технологических задач рудоподготовки / Fig. 1. Algorithm of research work to solve various technological problems of ore preparation
Результаты технологических исследований полиметаллической руды Ново-Широкинского месторождения. В качестве примера количественного определения границ критического перехода каждой минеральной составляющей в трудно-обогатимые шламы приводятся результаты технологических исследований полиметаллической руды Ново-Широкинского месторождения, выполненные в технологических лабораториях ЗабГУ и ЛИЦИМС.
Главными породообразующими минералами руды Ново-Широкинского месторождения являются кварц, калиевые полевые шпаты, доломит и гидрослюда. Их суммарное содержание в руде составляет более 77 %. Основными рудными компонента-
Изучение графических зависимостей показателей порционной контрастности при раскрытии галенита и сфалерита (Мп) от выхода готового класса крупности (в 0 074), приведенных соответственно на рис. 2 и 3, позволило установить область оптимальных параметров измельчения
ми являются сульфидные минералы: пирит (10 %), галенит (7 %), сфалерит (2 %).
Измельчение навесок производилось в шаровой мельнице объемом 15 дм3, затем измельченные пробы подвергалась ситовому анализу с использованием набора сит и аппарата «Адап». Фракционирование всех классов крупности, кроме фракции шламов (—0,008 мм), осуществлялось путем проведения минералогического анализа.
Расчет показателя порционной контрастности для каждой пробы с учетом выхода и извлечения галенита и сфалерита в необогащаемый класс (— 0,008 мм) производился по формуле (1). Результаты исследований раскрываемости минералов приведены в таблице.
(выход готового класса): для галенита — 50... 54 %, для сфалерита — 60...64 %. Данные зависимости могут послужить основой для корректировки схем рудоподготовки и обогащения руды Ново-Широкинского месторождения.
Показатели раскрываемости галенита и сфалерита при различной степени измельчения проб руды Ново-Широкинского месторождения / Indicators of galena and sphalerite release at different degrees of crushing the ore samples of Novo Shirokinskoye deposit
№ n / n / Number Наименование показателей / Name of indicators Значения показателей для проб / Values of the sample
№ 1 № 2 № 3 № 4 № 5
1 Выход готового класса / Yield grade (p - 0,074), % 34,20 47,74 56,51 77,40 99,04
2 Выход труднообогатимого класса / Yield refractory grade (P - 0,008), % 11,19 12,10 14,3 18,94 33,38
3 Показатель порционной контрастности измельченной пробы для галенита / Batch index contrast of chopped samples for galena 1,828 1,818 1,861 1,800 1,659
4 Показатель порционной контрастности измельченной пробы для сфалерита / Batch index contrast of chopped samples for sphalerite 1,764 1,886 1,888 1,810 1,688
Рис. 2. График зависимости показателя порционной контрастности при раскрытии галенита Ново-Широкинской руды от выхода класса -0,074 мм/
Fig. 2. Graph of figure batch contrast when disclosing galena of Novo Shirokinskoye ore from
the exit -0,074 mm class
Mn
1,95
Рис. 3. График зависимости показателя порционной контрастности при раскрытии сфалерита Ново-Широкинской руды от выхода класса -0,074 мм/ Fig. 3. Graph of batch index contrast when disclosing sphalerite of Novo Shirokinskoye ore from
the output -0,074 mm class
Таким образом, при решении проблем технологического характера рудоподгото-вительных процессов на горно-обогатительных предприятиях и в научно-исследовательских лабораториях применение способа исследования, основанного на количественном контроле перехода ценного
Список литературы_
минерала за нижнюю границу технологического или машинного класса того или иного обогатительного метода или аппарата, позволит в целом повысить эффективность технологии переработки минерального сырья.
1. Абрамов А. А. Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Т. 2. Технология обогащения полезных ископаемых. М.: МГГУ, 2004. 510 с.
2. Аксенова Г. Я. Количественная оценка степени раскрытия минералов при измельчении руд / / Обогащение руд. 2005. № 3. С. 14-18.
3. Исследование полезных ископаемых на обогатимость / сост. О. Н. Белькова, С. Б. Леонов. Иркутск: ИГТУ, 1996. 43 с.
4. Козин В. 3. Закономерности раскрытия минеральных фаз и формы их представления и использования // Плаксинские чтения 2010: материалы междунар. совещания. Казань; М., 2010. С. 117-120.
5. Купцова А. В., Мезенцева О. П., Храмов А. Н. Применение минералого-аналитических методов определения параметров раскрытия минералов // Горный журнал. 2014. № 11. С. 35-39.
6. Лагов Б. С., Башлыкова Т. В., Лагов Б. С. Комбинированная технология обогащения хромитовых руд на основе сочетания радиометрических и гравитационных методов // Горный журнал. 2002. № 9. С. 39-46.
7. Малышев В. П. Математическое планирование металлургического и химического эксперимента. Алма-Ата: Наука КазССР, 1977. 34 с.
8. Митрофанов С. И., Барский Л. А., Самыгин В. Д. Исследование полезных ископаемых на обогатимость. М.: Недра, 1974. С. 25-26.
9. Мокроусов В. А. Количественная характеристика контрастности руд и её использование / / Обогащение руд редких металлов и неметаллов. 1967. Вып. 18. С. 173-182.
10. Подготовка минерального сырья к обогащению и переработке / В.И. Ревнивцев [и др.]. М.: Недра, 1987. 307 с.
11. Храмов А. Н. Способ выбора оптимальных параметров процесса измельчения руды. Патент № 2446016 РФ, МКП B02C 23/00, В03В 1/00. № 2010128840/03: заявл. 12.07.2010 г.; опубл. 27.03.2012. Бюл. № 9. 6 с.
References_
1. Abramov A. A. Podgotovka mineralnogo syrya k obogascheniyu i pererabotke. T. 2. Tekh-nologiya obogashcheniya poleznyh iskopaemyh (Processing, enrichment and integrated use of solid minerals. Vol. 2. Technology of mineral processing). Moscow: MGGU, 2004. 510 p.
2. Aksenova G. Ya. Obogaschenie rud (Enrichment of ores), 2005, № 3, pp. 14-18.
3. Issledovanie poleznykh iskopaemykh na obogatimost (Investigation of minerals for enrichment) / comp. O. N. Belkova, S. B. Leonov. Irkutsk: ISTU, 1996. 43 p.
4. Kozin V. Z. Materialy mezhdunar. soveschaniya «Plaksinskie chteniya 2010» (Plaksinsky readings 2010: materials of the international meeting). Kazan; Moscow, 2010, pp. 117-120.
5. Kuptsova A. V., Mezentseva O. P., Khramov A. N. Gorny zhurnal (Mining Journal), 2014, no. 11, pp. 35-39.
6. Lagov B. S, Bashlykova Т. V., Lagov B. S. Gorny zhurnal (Mining Journal), 2002, no. 9, pp. 39-46.
7. Malyshev V. P. Matematicheskoe planirovanie metallurgicheskogo i hmicheskogo ehksperimenta (Mathematical Planning of Metallurgical and Chemical Experiments). Alma-Ata: Science of KazSSR, 1977. 34 p.
8. Mitrofanov S. I., Barsky L. A., Samygin V. D. Issledovanie poleznykh iskopaemykh na obogatimost (Investigation of minerals for enrichment). Moscow: Nedra, 1974, pp. 25-26.
9. Mokrousov V. Obogaschenie rud redkikh metallov i nemetallov (Enrichment of ores of rare metals and nonmetals), 1967, issue. 18, pp. 173-182.
10. Podgotovka mineralnogo syriya k obogashcheniyu ipererabotke (Preparation of mineral raw materials for dressing and processing) / V. I. Revnivtsev [and others]. Moscow: Nedra, 1987. 307 p.
11. Khramov A. N. Sposob vybora optimalnyh parametrov protsessa izmelcheniya rudy (The way of choosing optimal parameters of ore grinding process). Patent no. 2446016 of the Russian Federation, MCP B02C 23/00, B03B 1/00. No. 2010128840/03: filed. 12.07.2010; publ. 27.03.2012. Bul. № 9. 6 p.
Коротко об авторах_
Храмов Анатолий Николаевич, канд. техн. наук, доцент кафедры «Обогащение полезных ископаемых и вторичного сырья», Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия. Область научных интересов: инновационные процессы рудоподготовки и сушки концентратов при переработке минерального сырья khramov.a53@mail.ru
Костромина Ирина Владимировна, канд. техн. наук, доцент кафедры «Обогащение полезных ископаемых и вторичного сырья», Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия. Область научных интересов: переработка труднообогатимых молибденовых руд; изыскание новых флотационных реагентов для сульфидных и окисленных минералов
kostrominaiv62@mail.ru
Briefly about the authors_
Anatoly Khramov, candidate of technical sciences, associate professor, Processing Minerals and Secondary Raw Materials department, Transbaikal State University, Chita, Russia.Scientific interests: innovative processes of ore preparation and drying of concentrates while processing of mineral raw materials
Irina Kostromina, candidate of technical sciences, associate professor, Processing Minerals and Secondary Raw Materials department, Transbaikal State University, Chita, Russia. Scientific interests:processing of refracory molybdenum ores; study of new floatation agents for sulphide and acidified minerals
Образец цитирования
Храмов A. H., Костромина И. В. Способ определения оптимальных параметров процессов рудоподготовки // Вестн. Забайкал. гос. ун-та. 2017. Т. 23. № 9. С. 45-52. DOI: 10.21209/2227-9245-201723-9-45-52.
Khromov A., Kostromina I. Method of determining optimum parameters of ore processing of ore preparation // Transbaikal State University Journal, 2017, vol. 23, no. 9, pp. 45-52. DOI: 10.21209/2227-9245-201723-9-45-52.
Дата поступления статьи: 11.09.2017 г. Дата опубликования статьи: 31.09.2017 г.
