Способ количественной оценки и выбора оптимальных параметров процесса измельчения руд

УДК 622.7:669.223.321

СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ И ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ РУД

А.Н. Храмов

Забайкальский государственный университет, 672039, г. Чита, ул. Александрово-Заводская, 30.

Исследована количественная оценка раскрытия минерала и приведён алгоритм выбора крупности измельчения при подготовке минерального сырья для обогащения путём проведения серии опытов по измельчению навесок исследуемой руды в течение различного периода времени и изучения зависимости показателя порционной контрастности от продолжительности измельчения с учётом извлечения и выхода шламовой фракции. Ил. 1. Библиогр. 5

Ключевые слова: оптимизация; крупность измельчения; минеральное сырьё; обогащение; показатель порционной контрастности; шламовая фракция.

A METHOD OF QUANTITATIVE ASSESSMENT AND SELECTION OF OPTIMAL PARAMETERS FOR ORE

REDUCTION

A.N. Khramov

Trans-Baikal State University, 30 Aleksandro-Zavodskaya St., Chita, 672039.

The author studies 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 crushing with regard to the extraction and output of the sludge fraction. 1 figure. 5 sources.

Key words: optimization; coarseness of crushing; mineral raw material; concentration; fraction contrast indicator; sludge fraction.

Основным обстоятельством, определяющим необходимость развития технологии переработки, включая методы исследования и оптимизации подготовительных процессов, является планомерное снижение качества минерального сырья.

Минеральное рудное сырье, перерабатываемое на обогатительных фабриках, представляет собой смесь породных и рудных минералов, обладающих различными физико-механическими свойствами, в том числе измельчаемостью и раскрываемостью.

Раскрываемость минералов - одно из технологических свойств руды, характеризующее процесс перехода сростковых зёрен, полиминеральных по составу, в мономинеральные зёрена при измельчении. Область оптимальных параметров процесса измельчения руды характеризуется максимальной степенью раскрытия и минимальной степенью переизмельчения ценного минерала. При измельчении руды, что необходимо для достижения максимального раскрытия ценного минерала, образуется труднообогатимая часть материала - шламы (переизмельчённые зёрна минералов), составляющими которой могут быть как тонкие частицы ценного минерала, так и тонкие частицы вмещающих пород. Чем больше выход шламов, тем выше значение показателя контрастности, так как степень раскрытия ценного компонента увеличивает-

ся, но при этом снижается обогатимость за счёт увеличения доли труднообогатимой части руды, что в свою очередь снижает технологические и экономические показатели обогатительного процесса.

Для наглядности процесс раскрытия минеральных составляющих руды в зависимости от продолжительности измельчения схематично можно представить следующим образом (рисунок, а): начальное состояние (поз. А) - исходная руда, фракционный состав которой есть максимальный выход фракции сростков плюс незначительный выход фракций раскрытых зёрен ценного минерала и зёрен вмещающих пород; конечное состояние (поз. Б) - измельчённая проба руды, фракционный состав которой соответствует полному раскрытию ценного минерала (отсутствию фракций сростков), при этом наблюдается максимальный выход фракций раскрытых зёрен ценного минерала и вмещающих пород, а также максимальный выход фракции шламов - переизмельчённых зёрен ценного минерала и вмещающих пород; промежуточные состояние - пробы руды (измельчённые в течение различных периодов времени tn), фракционный состав которых представлен различным соотношением выходов вышеперечисленных фракций и характеризуется определёнными значениями показателя контрастности.

1Храмов Анатолий Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры обогащения полезных ископаемых и вторичного сырья, докторант, тел.: 89243855120.

Khramov Anatoly, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Minerals and Secondary Raw Materials Processing, Competitor for a Doctor's degree, tel.: 89243855120.

Схема распределения фракций измельченных проб руды с различными промежутками времени (а, в) и графики зависимости показателей контрастности (б, г) от параметров процесса измельчения

Значение оптимальных параметров процесса измельчения следует ожидать в области между сечениями 1-1 (минимальный выход шламовой фракции при максимальном выходе нераскрытых сростков) и 11-11 (отсутствие нераскрытых сростков при максимальном выходе шламовой фракции) (см. рис., а, в).

Исследованием руд по выбору оптимальной крупности подготовительных процессов занимаются множество зарубежных и отечественных учёных, ниже приведено несколько известных способов, которые сегодня востребованы исследователями.

Способ оптимизации параметров измельчения перед флотационным обогащением путём проведения серии опытов по флотации проб исследуемой руды, где степень измельчения входит в исследование фло-тируемости в качестве варьируемого параметра [1].

Способ, где по графической зависимости коэффициента раскрытия (извлечения в сростковую фракцию) от продолжительности измельчения определяется коэффициент раскрытия для заданного времени измельчения, значение которого по шкале классификации определяет категории раскрываемости [2].

Экспериментальный способ определения и прогнозирования при измельчении руды оптимальной степени раскрытия полезных минералов с помощью модернизированной в ЗАО «Механобр инжиниринг» системы анализа микроизображения «Видеоплан» с применением собственных программ измерений и обработки данных [3].

Способ по выбору оптимальных параметров измельчения с использованием следующих критериев оценки раскрываемости ценного минерала: показателя контрастности (М), степени статического фазового раскрытия (L), показателя селективности (П) [4].

Основной недостаток вышеперечисленных методик заключается в том, что выбор оптимальных параметров процесса измельчения руды и степени раскрытия ценного минерала в зависимости от продолжительности измельчения по математическим моделям, имеющим пропорциональную зависимость, не представляется возможным по причине отсутствия экстремумов. То есть определяется динамика процесса и категория (класс) измельчаемости или раскрываемости, но не численное значение оптимальных параметров процесса измельчения.

В настоящее время при применении крупнокусковой сепарации широко используется классификация, характеризующая обогатимость минерального сырья в зависимости от величины показателя контрастности [5]. Показатель контрастности, характеризующий степень неравномерности распределения ценного компонента в отдельных кусках (фракциях, порциях и т.п.) руды, предлагается использовать и при изучении раскрываемости ценных компонентов при измельчении руды в следующей последовательности действий (алгоритме):

- производится отбор представительной пробы от массы исходной руды, разделение её на 5-6 равнозначных рабочих проб и их измельчение в течение различных периодов времени на лабораторной или полупромышленной мельнице (выбор типоразмера мельницы зависит от массы пробы, схемы и способа измельчения);

- разделение измельчённых проб на классы крупности производится путём сокращения их до навесок массой 200-500 гр, затем рассева навесок с использованием ситового анализатора с набором контрольных сит заданных размеров. Граничный диаметр зё-

рен шламовой труднообогатимой части руды определяется технологическими возможностями выбранного обогатительного аппарата и составляет от 5 до 15 мкм при флотации в зависимости от типа флотомашин и от 10 мкм до 0,5 мм - в зависимости от гравитационного метода и стадии обогащения;

- разделение классов крупности на фракции по содержанию ценного компонента производится на сокращённых навесках с помощью аппаратуры оптической или электронной микроскопии. Фракционирование каждого класса крупности выполняется с получением 3-4 фракций: фракции раскрытых зёрен ценного минерала, фракции сростков (зёрна, содержащие ценный минерал и минералы вмещающей породы), или двух и более фракций - сростки с породными минералами и сростки с другими ценными минералами и фракции раскрытых зёрен минералов вмещающей породы. Для каждой фракции определяются выход и содержание ценного компонента;

- объединение шламовой фракции зёрен ценного минерала со шламовой фракцией зёрен минералов вмещающей породы производится путём их смешивания, после взвешивания и сокращения производится отбор навески для определения содержания ценного компонента путём химического анализа;

- по результатам анализа фракционного состава выполняется расчёт показателя порционной контрастности для каждой измельченной пробы с учётом шламовой части смешанной фракции и построение математической зависимости показателя порционной контрастности от продолжительности измельчения. Определение оптимальных параметров процесса измельчения производится по экстремуму построенной математической зависимости.

Как известно, количественной характеристикой (показателем) контрастности пробы минерального сырья является средневзвешенное относительное отклонение содержания ценного компонента во фракциях от среднего его содержания в пробе [5], обозначается символом М и определяется по формуле:

п

XI (A -ai Yi

M = -í-

100 a ,

где а - содержание ценного компонента в пробе, %; в, - содержание ценного компонента в кусках (фракциях), %; у, - выход куска (фракции) от общей массы изучаемой пробы, %; i - порядковый номер куска

(фракции) изучаемой пробы, n - число кусков (фракции), составляющих пробу.

Математическая зависимость показателя контрастности, рассчитанного по данной формуле, от времени измельчения проб руды (или выхода готового класса ß-0,074) имеет пропорциональную закономерность и может изменяться в пределах от 0 до 2,0 (рис., б), но не определяет границы значений оптимальных параметров процесса измельчения.

При математической обработке результатов фракционирования с учётом шламовых фракций раскрытых зёрен ценного минерала и зёрен вмещающих пород одной объединённой фракцией (см. рис., в), которая по содержанию ценного компонента занимает какое-то среднее положение между раскрытыми фракциями, значение показателя порционной контрастности в области между сечениями 1-1 и 11-11 с увеличением выхода этой фракции снижается, то есть функция зависимости показателя контрастности от времени измельчения проб руды (или выхода готового класса ß-0,074) приобретает экстремум, который позволяет определить графическим или математическим путём (по математической модели) численное значение оптимальных параметров процесса измельчения руды (см. рис., г). Расчёт показателя порционной контрастности (М„) в этом случае производится по формуле:

X|(Д -а)\У

M п =

100 -а

\s —у

шл /и

100

где: т - число кусков (фракций), составляющих пробу без шламовых фракций; ешл - извлечение ценного компонента в объединённую шламовую фракцию, %; ушл - выход объединённой шламовой фракции от общей массы изучаемой пробы, %.

Таким образом, использование показателя порционной контрастности в новом качестве, как объективного методического инструмента по оценке раскрываемости ценных компонентов при измельчении руд по выше приведенному способу, позволяет количественно определять границу критического перехода ценного минерала в труднообогатимые шламы.

В этой связи применение данного способа исследований при решении проблем технологического характера на горно-обогатительных предприятиях и научно-исследовательских лабораториях позволит в целом повысить эффективность технологии обогащения минерального сырья.

Библиографический список

1. Митрофанов С.И., Барский Л.А., Самыгин В.Д. Исследование полезных ископаемых на обогатимость. М.: Недра, 1974.

2. Исследование полезных ископаемых на обогатимость: метод. указание / сост. О.Н. Белькова, С.Б. Леонов. Иркутск: Изд-во ИГТУ, 1996. 43 с.

3. Аксенова Г.Я. Количественная оценка степени раскрытия минералов при измельчении руд // Обогащение руд. 2005. № 3. С. 14-18.

4. Комбинированная технология обогащения хромитовых руд на основе сочетания радиометрических и гравитационных методов / Б.С. Лагов, Т.В. Башлыкова, Б.С. Лагов и др. // Горный журнал. 2002. № 9. С. 39-46.

5. Мокроусов В.А. Контрастность руд, её определение и использование при оценке обогатимости // Минеральное сырье. 1960. Вып. 1.