Основные факторы, определяющие параметры оборудования для сортировки бедных сульфидных руд

УДК 622.75

А.И. Афанасьев, Д.С. Стожков, В.Я. Потапов, В.В. Потапов

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПАРАМЕТРЫ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СОРТИРОВКИ БЕДНЫХ СУЛЬФИДНЫХ РУД

Для снижения затрат энергии и улучшения технико-экономических показателей работы горно-обогатительных предприятий при переработке бедных сульфидных руд необходимо совершенствование технологических процессов и конструкции оборудования. Электрическое сопротивление горной породы существенно зависит от содержания в ней токопроводящих включений. Сульфиды имеют удельное электрическое сопротивление на несколько порядков меньше, чем пустая порода. Теплоемкость, теплопроводность, коэффициенты объемного расширения в медно-цинковых рудах существенно отличаются от соответствующих характеристик вмещающих пустых пород. При пропускании тока через кусок бедной руды происходит нагрев и расширение отдельных сульфидных вкраплений, что иногда вызывает напряжения растяжения, превышающие предел прочности. Было произведено обоснование признака разделения. Одним их эффективных признаков предварительной сортировки бедных сульфидных руд является электропроводность. В результате экспериментов установлено, что необходимое напряжение пробоя куска зависит не только от содержания сульфидов, но и его размеров. Получено уравнение, которое позволяет определить величину максимального напряжения, необходимого для пробоя кусков крупностью +20—80 мм бедной руды с различным содержанием сульфидов. При содержании сульфидов в кусках породы меньше 0,1, она становится практически изолятором, что позволяет удалять из исходного материала практически всю пустую породу. Установлено, что электрообработка бедной медно-цинковой руды приводит к существенному возрастанию при измельчении выхода мелких классов, в которых, как правило, находятся сульфиды. В частности, выход класса -0,15 мм возрос на 18,4% при сокращении выхода класса +5 мм на 28,3%.

Ключевые слова: электропроводность, напряжение пробоя, гранулометрический состав, меднеоцинковая руда, бедная руда, измельчение, затраты энергии.

В настоящее время, в связи с ростом объемов переработки бедных руд, существенно повышаются энергозатраты и ухудшаются экономические показатели горно-обогатительных предприятий [1—4]. Для решения этой проблемы необходимо совершенствование технологических процессов иконструкции обо-

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-30-35

рудования. В УГГУ были проведены исследования по обоснованию параметров оборудования для переработки забалансовых медноцинковых руд Южного и Среднего Урала с содержанием меди до 0,6%.

Задачей исследований являлась разработка способа идентефикации кусков

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 10. С. 30-35. © А.И. Афанасьев, Д.С. Стожков, В.Я. Потапов, В.В. Потапов. 2017.

Рис. 1. Распределение сульфидов в куске забалансовой руды

содержащих сульфиды и механизма удаления в хвосты пустой породы. Решение этой задачиобеспечивало существенное снижение объемов перерабатываемой горной массы, уменьшение энергозатрат на дробление и измельчение. Плотность кусков содержащих сульфиды незначительно отличается от плотности пустой породы, поэтому разделять по плотности бедные медноцинковые руды практически невозможно. Это же справедливо и для фрикционных свойств, так как коэффициенты трения скольжения и покоя, коэффициент восстановления при ударе и мгновенного трения руды и пустой породы различаются несущественно.

Руда подвергнутая испытаниям имела следующий состав: халькопирит -1,4— 2,5%; теннантит — 0,1—0,2%; сфалерит — 0,7—1,7%; пирит — 22,8—32,4; остальное — 61,4—75% пустые породы. В [5—7] показано,что электрическое сопротивление горной породы существенно зависит от содержания в ней токопроводящих включений. Вкрапления сульфидов в пустую породу имеют удельное электрическое сопротивление 10-3—10-1 Ом*м, что меньше на несколько порядков,

чем пустая порода. Такие физические характеристики, как теплоемкость, теплопроводность, коэффициенты объемного расширения в медно-цинковых рудах существенно отличаются от соответствующих характеристик вмещающих пустых пород. При пропускании тока через кусок бедной руды происходит нагрев и расширение отдельных сульфидных вкраплений, что иногда вызвает напряжения растяжения, превышающие предел прочности. Это было зафиксировано нами в нескольких опытах. При пропускании тока несколько кусков разрушились по прослойке сульфидов. Таким образом, одним их эффективных признаков предварительной сортировки бедных сульфидных руд является электропроводность.

В результате экспериментов установлено, что необходимое напряжение пробоя кусказависит не только от содержания сульфидов, но и его размеров, что подтверждают сведения приведенные в работе [9].

На рис. 1 приведены фотографии куски породы с сульфидами. На первом и втором кусках видны следы пробоя. Первым на фотографии находится ку-

сок руды, с относительно содержанием сульфидов 50—60%, «пробитый» при напряжении 5,75 кВ. Всреднем куске находится смесь сульфидов 50% и пустой породы 50% «пробитая» при напряжении 9,2 кВ. В правом куске содержание сульфидов меньше 10%. Он не был «пробит» напряжением 9,2 кВ.

Из фотографии видно, что первый кусок отличается по содержанию сульфидов от второго примерно в два раза, как и напряжение пробоя. Однако размеры этих кусков имеют существенное различие. Поэтому дальнейшую оценку проводимости кусков производили по удельному напряжению пробоя — отношению напряжения пробоя к расстоянию между электродами (длине пути протекания тока). Установлено, что удельное напряжение пробоя первого куска — 2,8— 3,5 кВ/см отличается от удельного напряжения второго куска (17—19 кВ/см) более, чем в 5 раз. Поэтому была поставлена задача — определить зависимость удельного напряжения пробоя от содержания сульфидов.

Эксперименты проводились с образцами цилиндрической формы, диаметром 16 мм. Для обеспечения равномерности распределения сульфидов по образцу пустая порода и халькопирит измельчались до крупности — 0,5 мм. Затем смесь в определенных пропорциях

смешивалась, помещалась в не токопро-водящий цилиндр и прессовалась до плотности (р = 2600—2900 кг/м3), близкой к плотности бедной руды в естественном состоянии (р = 2680 кг/м3).

При проведении эксперимента фиксировалось напряжение и ток при пробое, а также размеры образца. На рис. 2 приведена зависимость удельного напряжения пробоя от содержания сульфидов.

В результате статистической обработки [10—12] получена зависимость удельного напряжения пробоя (^п(Ц) кВ/см) от содержания сульфидов (а, г/г) в куске забалансовой руды.

1п(и = -13,5а + 3,4

Высокое значение корреляционного отношения (Я = 0,993) [10] свидетельствует о наличии взаимосвязи между содержанием сульфидов и удельным напряжением пробоя.

Уравнение (1) адекватно отражает электрические свойства горной породы при изменении содержания сульфидов в пределах от 0,1 до 0,3 г/г, что включает весь диапазон содержания сульфидов в бедных медно-цинковых рудах. Уравнение (1) позволяет определить величину максимального напряжения, необходимого для пробоя кусков крупностью +20—80 мм бедной руды с различным содержанием сульфидов. Если содержа-

с

н-)

5К

К -О

У

«

к к

<и *

к О*

с й Я

о

со

£ 2

ю

2,5

1,5

0,5

-0,5

0 0 1 0 о ^л 3 0

Содержание сульфидов, г/г

Рис. 2. Зависимость удельного напряжения пробоя от содержания сульфидов

Гранулометрический состав бедноймедно-цинковой руды до и после измельчения

№ Крупность, мм Электрообработанная Без электрообработки

содержание класса после дробления,% содержание класса после измельчения, % содержание класса после дробления,% содержание класса после измельчения, %

1 -80+40 4,1 1,0 11,5 3,0

2 -40+20 10,8 7,0 18,5 19,7

3 -20+10 33,6 20,8 35,2 24,6

4 -10+5 21,5 8,5 6,3 8,3

5 -5+2 11,9 2,2 8,0 2,8

6 -2+1 5,6 0,9 3,8 1,1

7 -1+0,5 4,7 1,0 2,5 1,4

8 -0,5+0,25 3,6 2,2 1,2 2,5

9 -0,25+0,15 0,9 6,5 0,5 6,1

10 -0,15 3,3 49,9 1,5 30,5

Итого: 100 100 100 100

ние сульфидов в кусках породы меньше 0,1, то она становится практически изолятором, что позволяет удалять из исходного материала практически всю пустую породу.

В дальнейшем «пробитая» руда разрушалась ударом и измельчалась в шаровой мельнице. В таблице приведены результаты фракционного состава бедной руды до и после измельчения.

В результате испытаний установлено, что величина потребления энергии мельницей определяется главным образом величиной шаровой нагрузки. Это объясняется тем, что величина норной массы существенно меньше массы шаров. При испытаниях две одинаковые порции горной массы одновременно измельчались в двухкамерной мельнице, поэтому затраты энергии на измельчение каждой части можно принять одинаковыми. Исходя из этого, оценку эффективности электрообработки забалансовой руды можно производить по выходу мелких и крупных классов. Результаты экспериментов приведенные в таблице показывают, что электрообработка горной

массы приводит к существенному возрастанию выхода мелких классов, в которых, как правило, находятся сульфиды. В частности, выход класса -0,15 мм возрос на 18,4% при сокращении выхода класса +5 мм на 28,3%. Эти результаты свидетельствуют о снижении на 18—20% затрат энергии на измельчение бедной руды подвергнутой электрообработке. При одинаковом выходе мелких классов можно уменьшить время измельчения и пропорционально увеличить выход мелких классови уменьшить расход мелющих тел.

Выводы

1. Величина напряжения пробоя для бедных медно-цинковых руд уменьшается с увеличением содержания сульфидов. Надежное разделение класса -80 +20 мм может быть осуществлено при напряжении 8—9 кВ.

2. Выделение класса +20—80 мм из бедных сульфидных руд и дальнейшая их электрообработка приводит к росту выхода мелких классов и снижению затрат энергии на измельчение.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гончаров С.А. Физико-технические основы ресурсосбережения при разрушении горных пород. - М.: Изд-во МГГУ, 2007. - 211 с.

2. Баранов В. Ф. Обзор мировых достижений и проектов рудоподготовки новейших зарубежных фабрик // Обогащение руд. - 2008. - № 1. - С. 3-12.

3. Ревнивцев В. И. Задачи научно-исследовательских и опытно-конструкторских организаций по совершенствовании рудоподготовки // Обогащение руд. - 1977. - № 6 (134). - С. 4-7.

4. Ревнивцев В. И. Современные направления совершенствования развития рудоподготовки / Совершенствование рудоподготовки. - Л., 1980. - С. 3-7.

5. Ржевский В.В., Протасов Ю. И. Электрическое разрушения горных пород. - М.: Недра, 1972. - 205 с.

6. Емелин М.А., Морозов В.Н., Новиков Н.П. Новые методы разрушения горных пород: учебное пособие для вузов. - М.: Недра, 1990. - 240 с.

7. Ржевский В. В..Новик Г.Я. Основы физики горных пород. - М.: Недра, 1978. - 359 с.

9. Новик Г.Я., Зильбершмидт М. Г. Управление свойствами горных пород в процессах горного производства. - М.: Недра, 1994. - 224 с.

10. Митропольский А. К. Техника статистических исследований. - М.: Наука, 1971. - 576 с.

11. Львовский Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул. - М.: Высшая школа, 1982. - 224 с.

12. Зажигаев Л. С., Кишьян А. А., Романиков Ю. И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. - М.: Атомиздат, 1975. - 230 с. ti^

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Афанасьев Анатолий Ильич1 - доктор технических наук, профессор, e-mail: gmf.tm@ursmu.ru, Стожков Дмитрий Cергеевич1 - старший преподователь, e-mail: gmf.et@m.ursmu.ru,

Потапов Валентин Яковлевич1 - доктор технических наук, профессор, e-mail: 2d@inbox.ru,

Потапов Владимир Валентинович1 - кандидат технических наук, доцент, e-mail: 2d@inbox.ru, 1 Уральский государственный горный университет.

ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 10, pp. 30-35.

UDC 622.75

A.I. Afanas'ev, D.C. Stozhkov, V.Ya. Potapov, V.V. Potapov

BASIC DETERMINANTS FOR PARAMETERS OF LOW-GRADE SULFIDE ORE SEPARATION EQUIPMENT

To reduce energy costs and improve the technical and economic performance of ore mining and processing enterprises when processing poor sulphide ores, it is necessary to improve the technological processes and equipment design. The electrical resistance of the rock depends essentially on the content of current-carrying inclusions in it. Sulphides have a specific electric resistance by several orders of magnitude less than the empty rock.

The heat capacity, thermal conductivity, coefficients of volumetric expansion in copper-zinc ores differ significantly from the corresponding characteristics of the enclosing empty rocks. When current flows through a piece of poor ore, heating and expansion of individual sulfide inclusions occurs, which sometimes causes tensile stresses exceeding the tensile strength. The justification for the separation feature was made. One of the effective signs of preliminary sorting of poor sulphide ores is electrical conductivity.

As a result of experiments it was established that the required breakdown voltage depends not only on the content of sulphides, but also on its dimensions, which is confirmed by the information given in the work. An equation is obtained that allows to determine the magnitude of the maximum stress necessary for breakdown of pieces of fineness + 20-80 mm of poor ore with different sulfide content. When the content of sulphides in pieces of rock is less than 0.1, it becomes practically an insulator, which allows to remove practically the entire empty rock from the initial material. It has been established that electroprocessing of poor copper-zinc ore leads to a significant increase in the yield of small classes, in which, as a rule, sulphides are found. In particular, the output of the class -0.15 mm increased by 18.4% with a reduction in class output + 5mm by 28.3%.

Key words: electrical conductivity, Breakdown voltage, grading, Copper and zinc ore, Poor ore, Grinding, Energy consumption.

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-30-35

AUTHORS

Afanas'evA.I.1, Doctor of Technical Sciences,

Professor, e-mail: gmf.tm@ursmu.ru,

Stozhkov D.C.1, Senior Lecturer,

e-mail: gmf.et@m.ursmu.ru,

Potapov V.Ya.1, Doctor of Technical Sciences,

Professor, e-mail: 2c1@inbox.ru,

Potapov V.V.1, Candidate of Technical Sciences,

Assistant Professor, e-mail: 2c1@inbox.ru,

1 Ural State Mining University,

620144, Ekaterinburg, Russia.

REFERENCES

1. Goncharov S. A. Fiziko-tekhnicheskie osnovy resursosberezheniya pri razrushenii gornykh po-rod (Physicotechnical principles of resource saving in disintegration of rocks), Moscow, Izd-vo MGGU, 2007, 211 p.

2. Baranov V. F. Obogashchenie rud. 2008, no 1, pp. 3-12.

3. Revnivtsev V. I. Obogashchenie rud. 1977, no 6 (134), pp. 4-7.

4. Revnivtsev V. I. Sovershenstvovanie rudopodgotovki (Improvement of ore pretreatment), Leningrad, 1980, pp. 3-7.

5. Rzhevskiy V. V., Protasov Yu. I. Elektricheskoe razrusheniya gornykh porod (Electrical disintegration of rocks), Moscow, Nedra, 1972, 205 p.

6. Emelin M. A., Morozov V. N., Novikov N. P. Novye metody razrusheniya gornykh porod: uchebnoe posobie dlya vuzov (New methods of rock failure: Higher educational aid), Moscow, Nedra, 1990, 240 p.

7. Rzhevskiy V. V., Novik G. Ya. Osnovy fizikigornykh porod (Basic physics of rocks), Moscow, Nedra, 1978, pp. 359.

9. Novik G. Ya., Zil'bershmidt M. G. Upravlenie svoystvami gornykh porod v protsessakh gornogo proizvodstva (Control of properties of rocks in mining), Moscow, Nedra, 1994, 224 p.

10. Mitropol'skiy A. K. Tekhnika statisticheskikh issledovaniy (Statistical investigation technique), Moscow, Nauka, 1971, 576 p.

11. L'vovskiy E. N. Statisticheskie metody postroeniya empiricheskikh formul (Statistical methods of building formulas), Moscow, Vysshaya shkola, 1982, 224 p.

12. Zazhigaev L. S., Kish'yan A. A., Romanikov Yu. I. Metody planirovaniya i obrabotki rezul'tatov fizicheskogo eksperimenta (Methods of planning and processing physical test data), Moscow, Atom-izdat, 1975, 230 p.

A