CC BY
90
----------------------------------------- © П.П. Ананьев, С.А. Гончаров,
О.М. Гридин, А.С. Самерханова, 2010
УДК 622:53:551.7
П.П. Ананьев, С.А. Гончаров, О.М. Гридин,
А.С. Самерханова
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД НА ЭФФЕКТ ИХ РАЗУПРОЧНЕНИЯ ПРИ МАГНИТНОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКЕ
Рассмотрено влияние свойств основных породообразующих минералов горных пород на их отклик к магнитно-импульсному воздействию и предложен комплексный показатель чувствительности к этому воздействию. На основании этого установлена связь между энергоемкостью измельчения пород и их коэффициентной чувствительности к магнитно-импульсному воздействию.
Ключевые слова: энергосберегающие технологии разрушения горных пород, магнитно-импульсная обработка горных пород, разрушение горных пород, механические, диэлектрические и магнитные свойства горных пород, энергоемкость разрушения горных пород.
более чем десятилетний опыт исследования влияния магнитноимпульсной обработки (МИО) накопился довольно большой объем экспериментальных данных по магнитноимпульсной обработке различных типов горных пород. Например, МИО проходила промышленную апробацию на ОАО «Михайловский ГОК». Главной задачей ставилось снижение энергоемкости измельчения руды в мельнице. Как показала практика, наряду с эффектом снижения энергоемкости при этом имело место и увеличение качества концентрата, что свидетельствует об улучшении раскрытия зерен рудного минерала [2].
На таких видах горных пород, как, например, золотосодержащие упорные сульфидные руды, эффект после использования МИО заключался в увеличении извлечения драгоценного металла [1, 3, 4].
Однако первоочередной задачей для горно-перерабатывающих предприятий все же является снижение энергозатрат на измельчение руды в мельницах, поскольку на данный процесс рудоподготовки расходуется до 60-70 % энергии затрачиваемой на все этапы добычи и переработки минерального сырья. В связи с этим в данной статье ставилась задача установить взаимосвязь между коэффициентом чувствительности горных пород к МИО и снижением энергозатрат на механическое разрушение.
В работе [7] был предложен подход к определению величины полезной работы электромагнитного поля при МИО и введен коэффициент чувствительности минералов к магнитноимпульсному воздействию. Нами получена расчетная формула коэффициента чувствительности минералов к
магнитно-импульсной обработке (X) с учетом их физико-механических и диэлектрических свойств.
16>/2 (1 -V2)К2Ь|1
„3 2
п ■ а
ч ь
1-------I 88г
(1)
Еупр
и -2 Л
где а - плотность дислокации, м ; Еэл -напряженность электрического поля, В/м; V - коэффициент Пуассона; К - коэффициент интенсивности напряжения (вязкость разрушения), Н/м3 2; Ь - вектор Бюргерса, м; а - постоянная кристаллической решетки, м; а - предел прочности на растяжение, Па; 8 - относительная диэлектрическая постоянная минерала; 80 - диэлектрическая проницаемость вакуума, 80 = 8,85-10-12 Ф/м; Еупр - модуль упругости минерала, Па.
Рис. 1. Вариант развития трещины в по-лиминеральной породе при прямом пересе-
чении минеральных зерен: d - размер преобладающего минерального зерна; D - размер образца породы
Г орная порода является гетерофазной средой, характеризующаяся анизотропией свойств в различных направлениях. Процесс развития трещины под действием МИО может происходит двумя возможными способами: 1) по границам срастания зерен (межкристалитно); 2) непосредственно по зерну или по вмещающей матрице [5, 6].
Предположим, что развитие трещины происходит прямо пересекая зерна (рис. 1). В этом случае с учетом условия равной вероятности распространения трещины по всем минералам, входящим в состав горной породы, нами предполагается формула расчета её чувствительности к МИО:
Хобщ = Х1С1 + Х2С2 + Х3С3 +
общ
+ ... + Х
(2)
где Хобщ - средневзвешенная величина коэффициента чувствительности горной породы к МИО; X - коэффициент чувствительности г-го минерала, входящего в состав горной породы; С - объемное содержание г-го минерала в горной породе.
На основании выражений (1) и (2) были получены результаты, приведенные в табл. 1, где указан минеральный состав пород и руд, на которых проводилась магнитно-импульс-ная обработка. С учетом минерального состава рассчитан теоретический коэффициент чувствительности к магнитноимпульсной обработке, а также показан реально полученный экспериментальным путем результат снижения удельной энергоемкости измельчения. В результате сопоставления и обработки данных (табл. 1) была получена зависимость (рис. 2.) снижения удельных энергозатрат (Э) от коэффициента
х
а
Рис. 2. Зависимость снижения удельной энергоемкости помола от коэффициента чувствительности горной породы к магнитно-импульсному воздействию: 1 - флюоритовая руда; 2 - вольфрамовая руда; 3 - доломит; 4 - железистый кварцит, Лебединский ГОК; 5 - кумторская руда (циркуляционная нагрузка), Киргизия; 6 - пиритовый концентрат; 7 - галя, Лебединский ГОК; 8 - железистый кварцит, Михайловский ГОК; 8 - магнетитовый суперконцентрат, Михайловский ГОК; 10 - кумторская руда текущего производства, Киргизия; 11 - гематитовый концентрат
чувствительности (^) горной породы к магнитно-им-пульсной обработке:
Э =
1
(3)
С учетом полученных результатов и анализа данных, можно сделать следующие выводы:
Проведенные эксперименты на измельчаемость различных моно- и полиминеральных горных пород до и после магнитно-импульсной обработки показали, что снижение удельной энергоемкости их измельчения зависит от чувствительности
горной породы к магнитноимпульсной обработке, согласно формуле (3).
Теоретический учет по формулам (1) и (2) в рамках предложенной модели вклада таких явлений, как магнитост-рикция (в минерале магнетит в железистых кварцитах) и обратный пьезоэффект (в минерале кварце в кварцсодержащей породе) в снижение удельной энергоемкости механического разрушения пород справедлив только при низких концентрациях минералов, обладающих этими эффектами; в противном случае это приводит к резкому увеличению теоретической чувствительности к
магнитно-импульсной обработке или, наоборот, к снижению чувствительности, что не согласуется с экспериментальными данными.
44
Результаты теоретических и экспериментальных данных по МИО
Наименование руды Минеральный состав Коэффициент чувствительности к МИО Коэффициент чувствительности средний, % Снижение удельной энергоемкости измельчения при МИО,%
Сі С2 Сз С4 С5 ^1 ^2 ^3 ^4 ^5
Железистый кварцит, Михайловский ГОК магне- тит гема- тит кварц - - 0,1387 0,3959 0,0052 - - 12,8 13
30,5 18,5 50 - -
Железистый кварцит, Лебединский ГОК магне- тит кварц пирит - - 0,1387 0,0052 0,0596 - - 6,27 8
33 65 2 - -
Галя, Лебединский ГОК магне- тит кварц пирит - - 0,1387 0,0052 0,0596 - - 5,7 11,3
28 70 2 - -
Датолит кальцит кварц датолит - - 0,0852 0,0052 0,017 - - 3,8 9,5
35 37,6 28,8 - -
Кумторская руда текущего производства, Киргизия полевой шпат кварц пирит магне- тит каль- цит 0,016 0,0052 0,0595 0,1387 0,0851 8,02 9
35 20 8 4 32
Кумторская руда (циркуляционная нагрузка), Киргизия полевой шпат кварц пирит магне- тит каль- цит 0,016 0,0052 0,0595 0,1387 0,0851 6,9 8
40 30 8 4 15
Флюоритовая руда флюо- рит кварц каль- цит - - 0,0096 0,0052 0,0851 - - 3,45 0
30 31 28 - -
Безрудный кварцит кварц - - 0,0052 - - 2,5 14
98 - -
45
Продолжение таблицы
Наименование руды Минеральный состав Коэффициент чувствительности к МИО Коэффициент чувствительности средний, % Снижение удельной энергоемкости измельчения при МИО,%
Сі С2 Сз С4 С5 ^1 ^2 ^3 ^4 ^5
Пиритовый концентрат пирит каль- цит кварц - - 0,0596 0,0851 0,0052 - - 5,12 11
74,98 5,24 8,25 - -
Золотосодержащая руда кварц пирит магне- тит - - 0,0052 0,0596 0,1387 - - 2,8 13
70 2 1 - -
Вольфрамовая руда кварц магне- тит гема- тит - - 0,0052 0,1387 0,3959 - - 4,4 0
70 2 2 - -
Доломит долом. каль- цит - - 0,0166 0,0852 - - 2,5 1,5
87 13 - -
Гематитовый концентрат гема- тит магне- тит кварц - - 0,3959 0,1387 0,0052 - - 39,3 30,6
97 1 2 - -
Полевой шпат, Финляндия ПШ - - 0,016 - - 1,6 27
99,9 - -
Магнетитовый суперконцентрат, Михайловский ГОК кварц гема- тит магне- тит - - 0,0052 0,3959 0,1387 - - 14,5 13,7
4,96 5,28 89 - -
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Гончаров С.А. Физико-технические основы ресурсосбережения при разрушении горных пород. - М.: Изд-во МГГУ, 2007. Глава 6, с. 169-205. В соавторстве с Ананьевым П.П., Ивановым В.Ю.
2. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Бруев
B.П. Математическое моделирование процесса разупрочнения железистых кварцитов при их магнитно-импульсной обработке (МИО). - Москва: Горный информационноаналитический бюллетень, № 10, 2005, с. 5-9.
3. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Дацко
C.А., Бельченко Е.Л., Томаев В.К. Применение электромагнитной обработки минерального сырья с целью создания ресурсосберегающей технологии его измельчения. - Москва, Горный журнал, № 3, 2002, с.21 - 24.
4. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Дацко С.А., Мартынов Ю.А., Осташевский А.А. Использование электромагнитной
обработки золотосодержащих руд на этапе измельчения и цианирования. - Москва, Горный информационно-аналити-ческий бюллетень, №7, 2004, с. 5-7.
5. Некрасов Л.Б. Основы электротер-момеханического разрушения мерзлых пород. - Новосибирск: Наука, 1979.
6. Плотникова А.В. Анализ критериев селективного разрушения поликристалличе-ских веществ с использованием предварительной магнитно-импульсной обработки// Отдельные статьи Горного информационноаналитического бюллетеня. - М.: издательство «Горная книга», 2009. - № 11. - 32 с.
7. Самерханова А.С. Особенности направленного процесса предразрушения хрупких минералов при электрофизическом воздействии// Отдельные статьи Горного информационно-аналити-ческого бюллетеня. - М.: издательство «Горная книга», 2009. -№ 11.-32 с. ЕШ
— Коротко об авторах
Ананьев П.П. - кандидат технических наук, генеральный директор некоммерческого партнерства «Научно-образовательный центр «Инновационные горные технологии», cigt@mail.ru
Гончаров С.А. - доктор технических наук, профессор кафедры Физики горных пород и процессов,
Гридин О.М. - доктор технических наук, профессор кафедры Физики горных пород и процессов,
Самерханова А. С. - аспирант кафедры Физики горных пород и процессов Московского государственного горного университета, ud@msmu.ru Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University ud@msmu.ru
