СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ КАЧЕСТВА РУД
ORE QUALITY STABILISATION METHOD

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при формировании и стабилизации качества руд на стадии горных работ.
Известен способ формирования и стабилизации качества руд, ориентированный на консервацию временно не востребованных типов руд и усреднение, требующий отторжения активных площадей карьера под консервацию забоев с временно не востребованными типами руд и организацию усреднительных складов (Юматов Б.П., Секисов Г.В., Буянов М.И. Нормирование и планирование полноты и качества выемки руды на карьерах. - М.: Недра, 1987). В стесненных условиях карьеров часто активных площадей не хватает даже для обеспечения производительной работы горного оборудования при организации валовой выемки горной массы. Кроме того, по мере отработки богатых и вовлечении в добычу бедных труднообогатимых руд аналогичные проблемы возникают и на подземных горных работах, отличающихся еще более стесненными условиями, не позволяющими иметь усреднительные склады значительной емкости (Туртыгина Н.А. Обоснование системы стабилизации качества бедных медно-никелевых руд при подземной добыче: Автореферат дис… кнд. техн. наук. Москва, 2009). Необходимо отметить, что описанные выше решения отличаются не только сложностью реализации в стесненных условиях горных работ, но и низкой эффективностью. При смешивании богатых и бедных руд происходит снижение содержания полезного компонента в усредненной рудной массе, подаваемой на обогатительную фабрику, и, в конечном счете, снижение эффективности процесса обогащения (дополнительные потери полезного компонента при обогащении, снижение качества концентрата).
Известны способы усреднения руд на основе покусковой сортировки (сепарации) для выделения пустых пород, при этом качество рудного потока обеспечивается блоками регулирования граничного содержания в обогащенном и хвостовом продуктах (патент РФ 2066569 и патент РФ 2074775). Необходимо отметить, что для кусковой сепарации приходится выбирать такие разделительные признаки, которые имеют весьма низкую проникающую способность, но относительно быстро (за несколько мсек) могут диагностировать, рудный это кусок либо породный, не давая точного значения содержания полезного компонента в куске. Методы, имеющие глубокую проникающую способность, как правило, работают значительно медленнее и не обеспечивают удовлетворительной производительности при кусковой сортировке. В то же время быстро работающие разделительные признаки, например интенсивность вторичного люминесцентного излучения, не позволяют достоверно говорить о содержании полезного компонента в куске, особенно если мы имеем дело с вкрапленным орудинением. Поэтому когда смешиваются богатые и вкрапленные руды, регулировать качество рудного потока, управляя граничным содержанием в обогащенном продукте и в хвостах, не представляется возможным. Можно отсечь только чисто породные куски, значительная часть кусков вкрапленных руд из-за недостаточного раскрытия имеет содержание, близкое к бортовому, и может попасть как в обогащенный, так и в и хвостовой продукты.
Задачей изобретения является разработка технического решения, позволяющего при добыче богатых хорошо обогащаемых руд одновременно вовлекать широкий спектр бедных труднообогатимых, как правило, сдерживающих развитие фронта горных работ, обеспечить стабилизацию качества шихты подаваемого на обогатительную фабрику рудного потока. Предусматривается не просто усреднение по содержанию полезных компонентов и вредных примесей, но и подтягивание методом сепарации качественных характеристик бедных и труднообогатимых типов руд к богатому, хорошо обогащаемому типу с последующим усреднением.
Задача решается тем, что в процессе технологического картирования типов руд дополнительно устанавливают максимальный размер сепарационного класса таким, при котором куски с дискретным распределением полезного компонента имеют содержание полезного компонента близким к бортовому, а также устанавливают содержание полезного компонента в кусках с равномерным распределением полезного компонента, а в процессе кусковой сортировки дополнительно качество низкосортных руд доводят до качества руд богатого типа, изменяя в обогащенном продукте долю кусков с дискретным распределением полезного компонента.
Примеры конкретного выполнения
При разработке сложно-структурных месторождений, отличающихся повышенной геологической изменчивостью (например, Тырныаузского вольфрамо-молибденового месторождения), наличие значительного количества сортов кондиционных и широкого спектра некондиционных руд является существенным сдерживающим фактором развития горных работ. На нагорных карьерах нет возможности консервации рудных забоев с временно неиспользуемыми в шихте переработки сортами руд и нет свободных площадей для организации усреднительных складов и складов "бедных" руд.
Наряду с кондиционными попутно отрабатываются участки с некондиционными рудами. Причем удельный вес некондиционных руд может быть значительно выше кондиционных.
Важным этапом предлагаемого технического решения является технологическое исследование типов руд, попадающих в отработку. В процессе технологического картирования дополнительно проводятся кусковые исследования предварительной оценки распределения полезного минерала (шеелита) по поверхности кусков (классов крупности) с помощью люминесцентной лампы. При этом куски разбиваются на четыре группы. Куски горной массы в каждой группе отличаются по уровню люминесценции.
1. Слабая люминесценция отдельных зерен.
2. Интенсивная люминесценция на одной из сторон куска (дисперсное распределение полезного минерала по поверхности).
3. Равномерная слабая люминесценция по всей поверхности кусков.
4. Равномерная интенсивная люминесценция по всей поверхности кусков.
3
В результате исследований определяется содержание WO в кусках каждой группы и обосновывается целесообразность (нецелесообразность) выделения кусков группы при сепарации в обогащенный продукт. Для решения задачи избирательного выделения при сепарации кусков отдельных групп в обогащенный продукт обосновывается алгоритм обработки сигналов люминесценции и режимы облучения и регистрации полезных сигналов.
В частности, исследованиями руд Тырныаузского месторождения установлены закономерности распределения полезных компонентов по кускам в сепарационных классах крупности. Как видно из таблицы 1, данные группы кусков существенно отличаются содержанием полезного компонента.
Таблица 1
Результаты исследования распределения WO<sub>3</sub> по кускам с различной степенью люминесценции
№ пп
Содержание WO<sub>3</sub> в исходной руде
Показатель контрастности продукта сепарации
Содержание WO<sub>3</sub> в группах кусков, отличающихся люминесценцией, %
Содержание WO<sub>3</sub> в мелочи - 8 мм
Группы
1
2
3
4
1
0.135
1.0
0.009
0.068
0.196
0.456
0.157
2
0.037
1.09
0.012
0.056
0.157
0.262
0.117
3
0.026
0.97
0.008
0.042
0.136
0.219
0.087
3
Кускам четвертой группы соответствует максимальное содержание WO, куски первой группы по содержанию полезного компонента не представляют практического интереса.
Куски второй группы среднестатистически имеют содержание полезного компонента, близкое к бортовому (по классу +20-75 мм). Это значит, что реальный кусок может быть как рудным, так и породным.
Таблица 2
Изменение структуры люминесцирующих групп кусков по сепарационным классам крупности
Тип руд
Сепарационные классы крупности, мм (выход кусков по группам, %)
10-20
20-50
50-150
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
СМЦ
80.2
2.0
6.64
11.16
58.2
12.0
27.24
2.55
47.1
21
31.04
0.75
Ам.р.
86.8
1.1
0.98
11.32
75.3
16
1.3
7.4
38.1
28.3
34.6
0.41
СМ ЮЗФ
88
3.6
1.52
6.88
77
14
5.98
3.02
44.3
23.9
20.2
0.6
В свою очередь, удельный вес каждой группы люминесценции зависит от размеров сепарационного класса. Как видно из таблицы 2, максимальный выход кусков четвертой группы наблюдается в классе 10-20 мм. Связано это с хорошим раскрытием полезной составляющей от вмещающих пород. Минимальный выход кусков четвертой группы наблюдается в классе +50-150 мм. Вторым параметром, от которого зависит выход кусков четвертой группы, является содержание полезного компонента в исходной массе.
В ходе анализа результатов лабораторных и промышленных экспериментов установлены зависимости и пределы возможного регулирования параметров стабилизации качества руд от содержания в обогащенном продукте кусков с содержанием полезного компонента, близким к бортовому.
3
3
Как видно из фиг.1, на интервале порогового значения сигнала люминесценции от 1.5 до 3.5 В содержание WO в наиболее богатой части хвостового продукта остается неизменным, в то же время содержание WO в обогащенном продукте увеличивается почти в два раза за счет снижения выхода обогащенного продукта.
3
Используя установленные зависимости, регулируя выход в обогащенный продукт кусков с содержанием WO, близким к бортовому (в пределах управляемого интервала порога сигнала люминесценции), осуществляется обеспечение режима стабилизации качества обогащенного продукта.
На Фиг.1. представлен анализ параметров рентгенолюминесцентной сепарации СМЦ (скарнированные мраморы центра) с целью обоснования режима стабилизации качества обогащенного продукта.
3
1 - Зависимость изменения содержания WO в обогащенном продукте от выбранного порога сигнала люминесценции.
2 - Зависимость изменения выхода обогащенного продукта от выбранного порога сигнала люминесценции.
3
3 - Зависимость изменения содержания WO в кондиционной части хвостового продукта от выбранного порога сигнала люминесценции.
На Фиг.2. представлена структурная схема рентгенолюминесцентного сепаратора.
4 - Устройство кусковой подачи исходной горной массы.
5 - Силовой блок управления вибропитателем.
6 - Рентгеновские трубки.
7 - Фотоприемники.
8 - Блок предварительного усиления сигналов люминесценции.
9 - Программируемый микропроцессор.
10 - Силовой блок управления исполнительным механизмом.
11 - Исполнительный механизм (пневмоклапан или электрозадвижка).
12 - Концентратный приемник.
13 - Хвостовой приемник.
На Фиг.3. представлена динамика изменения во времени качества рудной массы
14 - потока исходного сырья на сепарацию.
15 - обогащенного продукта после рудосортировки.
Для кусковой сортировки в рамках заявляемого технического решения предлагается следующая структурная схема рентгенолюминесцентного сепаратора (фиг.2.). Наличие в структуре сепаратора программируемого микропроцессора обеспечивает избирательный подход при работе с кусками различных групп. Так при регистрации сигнала люминесценции двумя фотоприемниками (продолжительность сигнала больше определенного минимального значения) включается режим работы с кусками, характеризующимися равномерным распределением полезного компонента. В этом режиме порог сигнала люминесценции может снижаться до минимума (уровень люминесценции воздуха). При регистрации сигнала люминесценции (продолжительность сигнала больше определенного минимального значения) одним фотоприемником включается режим работы с кусками, характеризующимися дисперсным распределением полезного компонента. При этом режиме порог сигнала люминесценции увеличивается и может составлять 1.5-4.0 В (см. фиг.1.) в зависимости от качества исходного сырья и требований к обогащенному продукту. Изменением порога люминесценции в данном режиме регулируется в обогащенном продукте удельный вес кусков с содержанием полезного компонента, близким к бортовому. Для этого программно, на основе микропроцессора, ведется подсчет кусков разных групп, проходящих через технологический канал сепаратора в обогащенный и хвостовой отсеки. По формуле (1) рассчитывается требуемый удельный вес кусков второй группы в обогащенном продукте. Управление сортировкой обеспечивается регулировкой порога сигнала люминесценции кусков с дисперсным распределением полезного компонента.
4
3
2
w4
w3
w2
3
sr
где n, n, n - соответственно количество кусков четвертой, третей и второй групп в обогащенном продукте; c, c, c - соответственно содержание WO в кусках четвертой, третей и второй групп обогащенного продукта; C - среднее содержание в обогащенном продукте.
В процессе рудосортировки в хвостовой продукт может выделяться более 90% пустых пород. Обогащенный продукт является более стабилизированным, чем исходное питание.
3
3
Из фиг.3 видно, что в течение нескольких часов содержание WO в исходной рудной массе может изменяться более чем в 5 раз (14). Выравнивание по качеству разнородных потоков горной массы решается пошаговым изменением режима кусковой сортировки, включающим кардинальную перестройку режима при изменении технологического типа руды (алгоритм обработки сигналов люминесценции, параметры рентгеновского излучения, чувствительность фотоприемников). Внутри технологического типа пошаговое изменение порога сигнала люминесценции используют для регулирования (в пределах управляемого интервала) качества обогащенного продукта. При выборе порога сигнала люминесценции используется понятие «управляемый интервал сигнала люминесценции». Как показали проведенные исследования, обогащенный продукт обычно представлен кусками трех типов, отличающихся по содержанию полезного компонента. Наибольший удельный вес занимает группа с содержанием полезного компонента, близким к бортовому. В границах управляемого интервала сигнала люминесценции обеспечивается регулирование попадания в обогащенный продукт кусков с содержанием полезного компонента, близким к бортовому. Экспериментальными исследованиями для каждого типа руд установлены величины управляемого интервала и оптимальные значения алгоритма обработки сигналов люминесценции, параметров рентгеновского излучения, чувствительности фотоприемников, которые обеспечивают максимальные значения люминесцентной контрастности исходного сырья и управляемого интервала сигнала люминесценции. Таким образом, в границах управляемого интервала порога сигнала люминесценции, регулируя выход в обогащенный продукт кусков с содержанием WO, близким к бортовому, осуществляется обеспечение режима стабилизации качества обогащенного продукта в заданных пределах.
Технический результат
Предлагаемая технология позволяет при добыче богатых хорошо обогащаемых руд вовлекать широкий спектр бедных труднообогатимых, как правило, сдерживающих развитие фронта горных работ, обеспечить стабилизацию качества шихты подаваемого на обогатительную фабрику рудного потока, при этом не требует значительных площадей. Резкие колебания качества исходного сырья устраняются путем выравнивания разнородных потоков рудной массы пошаговой корректировкой технологии, режимов и параметров рудосортировки на стадии открытых и подземных горных работ с последующим усреднением.
Предлагаемая технология по показателю компактности и степени стабилизации качества руд имеет неоспоримые преимущества по сравнению с традиционными. Так, если селективная выемка, многопоточная стабилизация качества руд с работой на усреднительные склады и отвалы бедных руд обеспечивает степень стабилизации качества руд 2-5, а показатель компактности технологии (в метрах квадратных на тысячу тонн добываемой руды) около 2000, то селективная выемка, многопоточная стабилизация качества руд с использованием рудосортировки позволяет достичь степень стабилизации качества руд 7-12 при показателе компактности технологии около 50.
Источники информации
1. Юматов Б.П., Секисов Г.В., Буянов М.И. Нормирование и планирование полноты и качества выемки руды на карьерах. - М.: Недра, 1987.
2. Туртыгина Н.А. Обоснование системы стабилизации качества бедных медно-никелевых руд при подземной добыче: Автореферат дис… кнд. техн. наук. Москва, 2009.
3. Патент РФ 2066569. Кирпищиков С.П., Жабин Е.Г, Паркани Е.В., Улитенко К.Я. Устройство для усреднения качества руд.
4. Патент РФ 2074775. Кирпищиков С.П., Жабин Е.Г., Паркани Е.В., Улитенко К.Я. Устройство для усреднения качества руд в процессе покусковой радиометрической сепарации.
5. Хакулов В.А. Совершенствование технологии формирования качества руд на открытых горных работах // Горный информационный аналитический бюллетень. - 2009. - №7. - С.121-122.