Исследования дезинтеграции кимберлитовых руд трубки «Зарница» в дробилке комбинированного ударного действия ДКД-300

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 622.73/.75

Е. С. Львов, А. И. Матвеев, Ю. М. Григорьев

ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ КИМБЕРЛИТОВЫХ РУД ТРУБКИ «ЗАРНИЦА» В ДРОБИЛКЕ КОМБИНИРОВАННОГО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ ДКД-300

Приведены результаты исследования дезинтеграции кимберлитовых руд трубки «Зарница» в дробилке комбинированного ударного действия ДКД-300. Получены положительные результаты, представляющие возможность применения дробилки ДКД-300 для межстадиального дробления кимберлитовых руд.

Ключевые слова: дробление, дробилка, рудоподготовка, обогащение, гранулометрическая характеристика, кимберлитовая руда, алмаз, кристалл, сохранность.

E. S. Lvov, A. I. Matveev, Yu. M. Grigoriev

Researches of a disintegration of kimberlite ores of the pipe “Zarnitza” by the combined impact crusher DKD-300

The results of studies of kimberlite ore disintegration of the pipe “Zarnitza” by the combined impact crusher DKD-300 are presented. The positive results representing possibility for using of the crusher DKD-300 for between stadial crushing of kimberlite ores are received.

Key words: crushing, crusher, ore preparation, beneficiation, grading characteristics, kimberlite ore, diamond, crystal, safety.

В настоящее время разработку алмазоносных месторождений АК «АЛРОСА» развивает в направлении сухого метода обогащения. Немаловажную роль в сухом обогащении играет рудоподготовка, т. е. дробление перед основной стадией обогащения. Нами предлагается в установках сухого обогащения для дробления кимберлитовых руд использовать дробилку комбинированного ударного действия ДКД-300 [1].

ЛЬВОВ Евгений Степанович - м. н. с. лаборатории обогащения полезных ископаемых Института горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН.

E-mail: lvoves@bk.ru

МАТВЕЕВ Андрей Иннокентьевич - д. т. н., с. н. с., зав. лабораторией обогащения полезных ископаемых Института горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН.

E-mail: andrei.mati@yandex.ru.

ГРИГОРЬЕВ Юрий Михайлович - д. ф.-м. н., академик АН РС (Я), зав. кафедрой теоретической физики ФТИ Северо-Восточного Федерального университета имени М. К. Аммосова.

E-mail: grigyum@ysu.ru

Для дробления кимберлитовых руд применение ударных дробилок не рекомендуется в связи с природной хрупкостью алмазов.

Вместе с тем при определенных условиях высокая эффективность по степени дробления и по раскрытию минеральных форм может являться основанием для их применения при дроблении кимберлитов. Данное преимущество ударных дробилок может быть реализовано в схеме межстадиального дробления кимберлитовых руд, где требуется додрабливание и дораскрытие кристаллов алмазов в формирующихся циркулирующих технологических потоках.

При дроблении данных материалов с учетом избирательности раскрытия алмазов из рудной массы на предварительной стадии дробления вероятность нахождения кристаллов алмаза на поверхности кусков существенно низка. В этом случае практически исключается механический контакт кристаллов с рабочими органами ударных дробилок, что является важным фактором кристаллосбережения. При точечном приложении динамических воздействий на кусковый материал неправильной формы сохранность

бб

Рис. 1. Схематическое представление безопасной глубины нахождения кристалла от поверхности рудного куска

раскрываемых кристаллов при объемном разрушении породы практически зависит от внутренней текстуры и характера естественных механических связей между кристаллами алмазов с вмещающими породами. Эта область полностью не изучена и требует внимательного подхода с точки зрения механики. На практике же возникает вопрос определения безопасной глубины нахождения кристалла в руде от его поверхности в зависимости от величины используемой энергии механического воздействия с учетом крепости и текстурных особенностей (неоднородности) рудного куска (рис. 1). А это, в свою очередь, напрямую связано с исходными размерами дробимого материала.

Следует отметить, что при рудоподготовке кимберлитов широко применяется процесс самоизмельче-ния в мельницах [2, 3], который является разновидностью ударных методов дробления. При этом для повышения эффективности обеспечения соответствующей энергии воздействия на разрушение кусков руды диаметр барабана мельницы самоизмельчения имеет большие размеры (диаметр барабана ММС «Каскад»

7,2 м). В этих мельницах самоизмельчения повреждаемость кристаллов алмазов высокая, однако она в целом удовлетворяет требованию к качеству извлекаемых алмазов. Возможно, в условиях самоизмельчения кусков друг с другом имеет место амортизирующее и избирательное воздействие среды (материала руды) на сохранность кристаллов алмазов. Для сохранения максимальной сохранности кристаллов в процессах дробления немаловажным фактором является своевременный вывод раскрытых кристаллов из процесса для исключения нежелательных открытых ударных механических воздействий в зоне дробления. Кроме этого, исследуются и другие способы дезинтеграции кимберлита, обеспечивающие сохранность кристаллов алмаза [4].

В целом, практика эффективного применения

Рис. 2. Общий вид ДКД-300

мельниц самоизмельчения большого размера указывает на возможность применения ударных методов дробления для алмазосодержащих кимберлитов.

В схеме межстадиального дробления изучены процессы дробления в ударных роторных дробилках, поставляемых разными зарубежными изготовителями, в частности исследована дробилка №МЪе^ КР-1007[5]. Принцип работы дробилок данного типа заключается в придании первоначального ускорения частицам вращающимися активаторами и введение ударного столкновения с отбойными плитами, установленными во внутренней стенке дробилки. Энергия ударного воздействия на куски руды определяется скоростью вращения активатора, которое при небольших размерах имеет возможность достигать высокие значения, в отличие от вращающихся барабанов мельниц самоизмельчения, ограниченные критическим числом вращения.

Однако испытания данного типа дробилки выявили недостаток, выражающийся в значительном накоплении циркулирующей нагрузки в схемах рудоподготовки, что связано с недостаточной эффективностью дробления за один проход дробимого материала через дробилку.

Для существенного снижения циркулирующей нагрузки или достижения полноты дробления на стадии межциклового дробления предложена дробилка комбинированного ударного действия ДКД-300, разработанная в ИГДС СО РАН (рис. 2). На рис. 3 показана схема расположения роторов ДКД-300.

Центры вращения пар роторов (первичного и вторичного дробления) располагаются симметрично по линии окружности, образованной одним радиусом от центра корпуса. Таким образом, геометрический центр корпуса совпадает с центром вероятной зоны ударного взаимного столкновения горных пород, вылетающих при ударе рабочей поверхности всех роторов [1].

7 5

Рис. 3. Схема расположения роторов ДКД-300 1 - корпус; 2 - делитель исходного материала;

3 - загрузочный патрубок; 4 - ротора первичного дробления; 5 - ротора дополнительного дробления;

6 - ротора вторичного дробления; 7 -разгрузочный патрубок

В принцип работы дробилки, таким образом, заложен механизм интенсивного разрушения кусковых геологических материалов в режиме многократных динамических воздействий за счет контактов как с рабочей поверхностью роторов, так и кусков друг с другом в режиме самоизмельчения.

Техническая характеристика дробилки ДКД-300 представлена в табл. 1.

Таблица 1

Техническая характеристика дробилки ДКД-300

Рис. 4. Схема установки для испытаний дробилки ДКД-300

1 - бункер питания дробилки ДКД-300;

2 - питатель дробилки ДКД-300 с регулируемой частотой вибрации; 3 - дробилка ДКД-300;

4 - емкость для дробленого продукта ДКД-300;

5, 6 - зумпф с насосом действующей технологической схемы 2-й очереди ОФ №12

Для проведения технологических испытаний дробилки ДКД-300 на 2-й очереди фабрики № 12 на отметках +27,40м и +23,20 м монтировалась установка (рис. 4), которая включает в себя: бункер питания (1), вибрационный питатель (2), дробилку ДКД-300 (3), емкость для дробленого продукта (4). Дробленый продукт из емкости (4) заводится в действующую технологическую схему фабрики.

В качестве питания дробилки используется исходная руда трубки «Зарница» крупностью 150 мм. Отбор проб исходной руды трубки «Зарница» осуществлялся после крупного дробления ее в конусной дробилке ККД 1500/270 фабрики № 12 с одного из головных ленточных конвейеров ГЛК путем выборки и удаления с него кусков руды крупнее 150 мм. Оставшаяся на конвейере руда крупностью -150+0 мм затаривалась в контейнера емкостью 0,8-1,2 м3 и доставлялась на отметку +27,40 м к дробилке ДКД-300.

В общей сложности необходимо было подготовить

5 проб материала руды трубки «Зарница»: 4 пробы - для экспериментальных работ и 1 проба - резервная, от которой отбирается средняя проба для определения ситовой характеристики питания дробилки ДКД-300 (табл. 2).

Перед испытанием на пробе массой 1,3 т предварительно проведен эксперимент для определения максимальной производительности дробилки ДКД-300

1. Производительность, т/ч 6-15

2. Установленная мощность, кВт 15

3. Количество оборотов в мин (эл. двигателей) 1500

4. Исходная крупность дробимого материала, мм до 150

5. Крупность дробленного материала, мм 2

6. Степень дробления 50-60

7. Диаметр роторов, мм 300

8. Габариты, мм 2200х1500х1900

9. Масса, кг 1500

Таблица 2

Гранулометрическая характеристика кимберлитовой руды трубку «Зарница», поступающая в питание дробилки ДКД-300

и крупности дробленого продукта при максимальной загрузке дробилки. Результаты эксперимента показали, что максимальная производительность дробилки ДКД-300 15,2 т/ч.

Для оценки эффективности дробления материала во время проведения экспериментов производится отбор проб от питания и разгрузки дробилки на производительность и ситовую характеристику.

Ситовый анализ продуктов дробления на дробилке ДКД-300 и №МЪе^ №-1007 приведены на рис. 5.

Как видно из этого рисунка, за один цикл дробления на дробилке ДКД-300 наибольшее количество дробле-

ного продукта составляет классы -5+1,6 мм, которые направляются на последующие стадии обогащения. В продуктах дробления №МЪе^ №-1007 накапливаются материалы критического класса -20+10 мм, что говорит о невозможности дробления данного класса, который и формирует увеличенное количество циркулирующей нагрузки.

В дальнейшем проводились три эксперимента при трех разных значениях производительности: минимальной 5,8 т/ч, максимальной 15,2 т/ч и средней

12,2 т/ч с оценкой повреждаемости алмазов-индикаторов при обработке проб руды массой по 1,0^ 1,3 тонны каждой.

Динамика изменения гранулометрического состава продуктов дробления дробилки ДКД-300 в зависимости от производительности представлена на рис. 6. Из рисунка видно, что при снижении производительности, увеличивается выход продуктивных классов крупностью -5 мм, с одновременным уменьшением классов крупностью +5 мм.

В результате исследований установлено, что наибольшая степень дробления достигается при производительности 5,8 т/ч. При дальнейшем увеличении производительности она снижается (рис. 7).

Сравнение степени дробления по среднему куску показало, что №МЪе^ №-1007 уступает дробилке ДКД-300. Так, если для первой степень дробления составляет 3,3, то для ДКД-300 она возрастает до показателя 4,8 [6].

Главной задачей при рудоподготовке алмазосодержащих кимберлитов является сохранность кристаллов алмазов при дроблении.

Для оценки сохранности кристаллов алмазов в

Классы крупности, мм Выход, %

-100+50 30,2

-50+35 12,1

-35+20 21,7

-20+10 14,5

-10+5 7,7

-5+2 6,8

-2+1.6 1,5

-1.6+1.2 0,9

-1.2+0.5 1,7

-0,5 2,90

Итого 100

Рис. 5. Сравнительные гранулометрические характеристики продуктов дробления дробилок ДКД-300 и №згёЬе^ №-1007

Рис. 6. Динамика изменения гранулометрического состава продуктов дробления дробилки ДКД-300 в зависимости от её производительности

Рис. 7. Степень дробления кимберлитовых руд трубки «Зарница» на дробилках ДКД-300 и №гёЬе^ №-1007

процессе измельчения рудного материала в дробилке комбинированного действия ДКД-300 использована методика оценки повреждаемости кристаллов, разработанная сотрудниками ОАО «Иргиредмет», с использованием окрашенных алмазов-индикаторов [7, 8] крупностью -5+2 мм трубки «Удачная» в количестве 650 штук.

Первоначально кристаллы коллекции взвешивались, фотографировались в трех-четырех характерных ракурсах, минералогически описывались и

классифицировались на пять групп по характеру и величине внешних дефектов.

Поляризационно-оптическим методом изучались внутренние дефекты структуры кристаллов с выделением четырех прочностных групп, характеризующихся определенными значениями предела прочности на статическое сжатие (бст):

I - алмазы с трещинами, сколами, включениями и обломками - (бст=932 мПа);

Таблица 3

Показатели повреждаемости алмазов-индикаторов класса -5+2мм коллекции трубки «Удачная» в дробилке ДКД-300

и в мельницах ММС фабрики № 12

Место заброса алмазов-индикаторов Количество нарушенных алмазов-индикаторов, % от извлеченных

по видам повреждений По видам повреждений всего в том числе с потерей массы

трещины Трещины и сколы сколы

Питание ДКД-300 в бетонных моделях 0,3 1,4 1,1 2.8 1,4

Питание ДКД-300 в свободном состоянии 0,7 2,1 6,3 9,1 8,4

Питание мельниц ММС ОФ № 12, в свободном состоянии 5,3 1,6 2,4 9,3 4,4

II - алмазы с пластической деформацией II порядка интерференции - (бст=1570 мПа);

III - алмазы с зональным строением, с секториаль-ным строением, с пластической деформацией I порядка интерференции - (бст=2650 мПа);

IV - алмазы с дефектами роста, дислокациями, изоклинами и изотропные - (бст=4710 мПа).

Затем коллекция алмазов-индикаторов разделялась на пять равноценных по прочностным характеристикам партий раздельно по каждой группе внешних и внутренних дефектов структуры кристаллов с использованием таблиц случайных чисел. При этом четыре партии формировались по 100 штук алмазов-индикаторов в каждой, а одна партия - в количестве 250 штук. Четыре партии кристаллов (по 100 штук каждая) предназначены для оценки повреждаемости алмазов-индикаторов в дробилке ДКД-300, причем три из них забрасывались в питание ДКД-300 в скрытом виде (алмазы-индикаторы заделывались в бетонные модели размером 50^70мм) в трех экспериментах при разных производительностях: максимальной, средней и минимальной, а одна партия окрашенных кристаллов в эксперименте со средней производительностью забрасывалась в питание ДКД-300 в свободном состоянии. В связи с тем что извлечение окрашенных алмазов-индикаторов из дробленого продукта ДКД-300 производится по технологической схеме фабрики № 12, то для оценки повреждаемости

окрашенных кристаллов в процессах транспортировки, обогащения и доводки фабрики пятая партия алмазов-индикаторов в количестве 250 штук дополнительно в одном из экспериментов забрасывалась в свободном состоянии в разгрузку дробилки ДКД-300. Большое количество алмазов-индикаторов, забрасываемых в

разгрузку дробилки, в сравнении с питанием обусловлено прогнозируемым меньшим уровнем повреждаемости кристаллов по технологической цепочке фабрики от подрешетного продукта грохотов первой стадии до концентратов доводки, чем в процессе дробления руды в дробилке ДКД-300.

Далее окрашенные алмазы-индикаторы извлекаются по технологической схеме фабрики № 12 и первоначально по характерному зеленому цвету выбираются на участке доводки из концентратов РЛС в течение экспериментальных смен с интервалом 1,5-2 часа, а в последующие смены - перед сдачей в ЦОД. Упаковка извлеченных алмазов-индикаторов производилась в отдельные пакеты с указанием времени съема, даты и наименования продукта. Пакеты складировались в отдельную банку-копилку и хранились на участке доводки до передачи их в ЦОД. Окончательная выборка окрашенных алмазов-индикаторов и их осколков осуществлялась в ЦОДе: за первые 2-4 технологические смены после заброса алмазов-индикаторов - из черновых концентратов до их сплавления с едкими щелочами (для исключения обесцвечивания окрашенных кристаллов), а в последующем - после процессов термохимического разложения и кислотной обработки.

После проведения технологических испытаний дробилки ДКД-300 все извлеченные на фабрике №12 и в ЦОДе кристаллы направлялись в институт «Иргиредмет» для повторного изучения с целью определения полученных в технологическом процессе повреждений (трещин сколов и расколов), а также потерь массы.

На основе обобщения и анализа полученных результатов оценивался уровень повреждаемости алмазов-индикаторов в процессе дробления руды труб-

ки «Зарница» в дробилке ДКД-300, попадающих в нее как в скрытом, так и в свободном состоянии.

В результате минералогической оценки обработанных алмазов (табл. 3) выявлено, что кристаллы, прошедшие через дробилку ДКД-300, в свободном состоянии имеют такой же процент повреждаемости, как при традиционных методах с применением мельниц самоизмельчения. Кристаллы, прошедшие через дробилку в скрытом виде, имеют процент сохранности кристаллов выше в три раза по сравнению с традиционным методом дезинтеграции с применением мельниц самоизмельчения.

Так как дробилку ДКД-300 предполагается использовать на установках сухого обогащения взамен роторных дробилок типа № для додрабливания в основном хвостов обогащения крупностью -30+10(5) мм, в которых раскрытых алмазов практически не будет. Поэтому показатели повреждаемости следует оценивать по кристаллам, заброшенным в питание дробилки в скрытом состоянии (в бетонных моделях).

Результаты проведенных исследований показали, что при дроблении кимберлитовых руд крупностью -150 мм степень дробления на дробилке комбинированного действия ДКД-300 выше по сравнению с дробилкой №МЬе^ №-1007, при этом достигается высокая сохранность кристаллов алмазов, проходящих дробление в скрытом состоянии. Данные результаты позволяют сделать вывод о возможности применения дробилки комбинированного действия ДКД-300 в схеме межстадиального дробления кимберлитовых руд трубки «Зарница».

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках проекта «Создание комплексной экологически безопасной инновационной технологии добычи и переработки алмазоносных руд в условиях Крайнего Севера», выполняемого с участием АК «АЛРОСА» (ОАО) и ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова».

Л и т е р а т у р а

1. Патент РФ № 2111055. Матвеев А. И., Винокуров В. П., Григорьев А. Н., Монастырев А. М. ИГДС СО РАН от 20 мая 1998 г. Дробилка комбинированного ударного действия. БИ № 14.

2. Прогрессивные технологии комплексной переработки минерального сырья / Под ред. В. А. Чантурия. — М.: Издательский дом «Руда и Металлы», 2008. - 283 с.

3. Андреев Е. Е. Тихонов О. Н. Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению. Учебник для вузов. -СПб.: СПбГГИ, 2007 . - 439 с.

4. Григорьев Ю. М., Миронов В. П., Яковлев Б. В. Механическая дезинтеграция кимберлита / Геомеханические и геотехнологические проблемы эффективного освоения месторождений твердых полезных ископаемых северных и северо-восточных регионов России. Труды Всероссийской научно-практической конференции, посвященной памяти чл.-кор. РАН Новопашина М. Д. (г. Якутск, 13 - 15 сентября 2011 г.). - Якутск: Издательство ИМЗ СО РАН, 2011. -С. 239-241.

5. http://www.buildernet.ru/technics/tech_catalog/fixed сги-sher/Metso-Mineral s-Nordberg-NP-1007.

6. Матвеев А. И., Львов Е. С., Осипов Д. А. Некоторые результаты межциклового дробления кимберлитов на дробилке ДКД-300 / Геомеханические и геотехнологические проблемы эффективного освоения месторождений твердых полезных ископаемых северных и северо-восточных регионов России. Труды Всероссийской научно-практической конференции, посвященной памяти чл.-кор. РАН Новопашина М. Д. (г. Якутск, 13 - 15 сентября 2011 г.). - Якутск: Издательство ИМЗ СО РАН, 2011. - С. 177-179.

5. Прокопенко А. В. Проведение опробования оборудования стадиального дробления и оценка сохранности кристаллов с применением окрашенных алмазов-индикаторов. // Отчет о НИР. - Иркутск, 2011. - 48 с.

6. Савицкий В. Б., Прокопенко А. В. Оценить уровень техногенной повреждаемости в технологических схемах фабрик № 3 и № 12 с применением коллекций окрашенных алмазов-индикаторов. Разработать рекомендации. Книга 2. Удачнинский ГОК. Фабрика № 12 // Отчет о НИР. - Иркутск-Мирный, 2010. - 33 с.