Систематизация прочностных свойств руды для обоснования рациональных параметров процесса измельчения

© В.А. Таранов, Н.В. Николаева, 2015

УДК 622.732

В.А. Таранов, Н.В. Николаева

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ РУДЫ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Рассмотрены факторы влияющих на прочностные свойства руд, такие как физико-механические свойства, минеральный состав, структурно-текстурные особенности. Приведен анализ, относительно выбора наиболее подходящих методик лабораторных испытаний, учитывающих два основных вида разрушения горных пород в барабанных мельницах - удар и истирание. Цель исследования является процедура объединения полученных значений, характеризующих определенные прочностные свойства руд с последующим расчетом рациональных циклов измельчения. Ключевые слова: рудоподготовка, самоизмельчение/ полусамоизмельче-ние, прочностные свойства руд, тест падающего груза.

Значительный опыт, накопленный за время эксплуатации общепринятых схем измельчения с использованием барабанных мельниц, позволяет осуществлять достаточно точные прогнозирующие расчеты ожидаемых показателей измельчения на основе результатов лабораторных исследований прочностных свойств руд. При этом желательно иметь значительную базу данных эксплуатируемых объектов с имеющимися характеристиками руд, что помогает довольно точно спрогнозировать производительность, удельные энергозатраты, гранулометрический состав продукта барабанных мельниц, их габариты и многие другие рабочие параметры.

Определение прочностных свойств руд является одной из главных задач при расчете циклов измельчения [1].

В свою очередь методики исследований должны учитывать процессы, происходящие в барабанных мельницах, в первую очередь относительно видов разрушения горной породы.

Анализируя самые распространённые методики исследований, для расчетов циклов СИ/ПСИ, используемые по всему миру, их можно разделить на полупромышленные и лабораторные [2-7]. Анализ сведен в табличную форму (табл. 1).

Таблица 1

Современные методики исследований СИ/ПСИ

Полупромы- Лабораторные

шленные Мельница Установка + мельница

- Б = 1,2-2,5 м; SAG Design test SAG Power Index DWT/SMC (JKTech) Rotary Breakage Test Энергетич. индексы Бонда (CWi;

- Масса проб «Mintek»

от =0,5 т; 2 мельни- Мельница Установка Роторная Ударная ус-

цы с с D=0,3 «Падающего установка тановка;

- Высокие затраты

Масса проб: = 20 кг = 10 кг = 80/20 кг = 100 (3 и 1) кг = 25 кг

Крупность 32 мм 19 мм 63(100)/31,5 45 мм 80; 12,5;

исследуемо- мм 3,35 мм

го материа-

ла:

Главным недостатком полупромышленных испытаний является масштабность проведения исследований (диаметр барабана установки от ~ 1,2 м, масса пробы от ~ 0,5 т), сопровождающаяся высокими финансовыми затратами.

Лабораторные испытания процессов СИ/ПСИ делятся на исследования порционного измельчения с использование лабораторных мельниц, и совокупного исследования порционного измельчения и разрушения одиночных частиц с помощью специальных устройств.

Методики SAG Design test и SPI, имеют узкий диапазон крупности исследуемого материала (от 32 мм и 19 мм, соответственно), получение надежных результатов, для расчета цикла СИ/ПСИ, возможно только в том случае если имеется база данных ранее исследованных руд с существующими эксплуатационными характеристиками. Не всегда можно утверждать, что при получении близких значений индексов W или SPI к эталонной руде (по базе данных) параметры размеров мельницы, затраты электроэнергии и производительность будут идентичны.

По энергетическим индексам Бонда. Ударная установка с двумя встречными молотами рассчитана на разрушение крупных фракций -80+19 мм ударом. Ударный тест Бонда является

недостаточно точным, в том смысле, что он даёт заниженные оценки дробимости для большинства исследуемых материалов. Исследование стержневого (ИШ1) и шарового (БШ1) измельчения лучше использовать для расчета соответствующих циклов.

Методика с использованием роторной установки «разрушения», не так широко применяется, и максимальный кусок составляет 45 мм.

Исследование по методике теста падающего груза (ЛК ЭШТ), испытания на удар и самоистираемость, для расчета мельниц СИ/ПСИ подходит в большей степени. В виду учета ударных и истирающих видов разрушения, широкого диапазона крупности исследуемого материала и широкого интервала энергетических воздействий.

В данном исследовании был проведен тест на установке ЛК падающего груза, по разрушению одиночных частиц суль-фидосодержащей руды достаточно высокой плотности (более 4 т/м3). В таблице 2 представлены крупности и удельные энергии разрушения, предусмотренные методикой ЛК ЭШТ.

Высота падения груза, для каждого комплекта, рассчитывалась по формуле:

4 = + Ы,

' 0,0272Мё

где т - средняя масса частицы, г; Бь - требуемая удельная энергия; Ый - вес груза, кг; Ьа - средняя остаточная высота, мм.

Предел выставления высоты груза на установке составляет от 10 до 100 см, массы груза от 2,7 до 50 кг. Расчет высоты падения и массы грузов для данной руды приведен в табл. 3.

Таблица 2

Набор образцов по стандартной методике «Падающего груза»

Крупность, мм Удельная энергия Е, кВт-ч/т

-63+53 0,1 0,25 0,4 - -

-45+37,5 0,1 0,25 - 1 -

-31,5+26,5 - 0,25 - 1 2,5

-22,4+19 - 0,25 - 1 2,5

-16+13,2 - 0,25 - 1 2,5

Таблица 3

Рассчитанная высота падения н масса груза

Размер фракции, мм Средняя масса частиц, г Удельная энергия, кВт*ч/т Масса груза, кг Средняя остаточная высота (const), см Рассчетная высота падения груза, см

-63+53 374,4 0,4 50,03 2,09 112,1

375,1 0,25 40,06 2,55 88,6

374,9 0,1 15,05 3,17 94,7

-45+37,5 191,2 1 50,03 1,42 141,9

191,4 0,25 25,05 2,23 72,4

188,2 0,1 15,05 2,66 48,6

-31,5+26,5 61,6 2,5 50,03 0,54 113,6

61,6 1 25,05 0,88 91,3

61,4 0,25 6,7 1,79 86,0

-22,4+19 24,0 2,5 25,05 0,36 88,3

24,1 1 15,05 0,57 59,3

23,9 0,25 2,7 1,14 82,5

-16+13,2 8,7 2,5 15,05 0,27 53,4

8,8 1 4,7 0,50 68,9

8,7 0,25 2,7 0,81 30,3

Средняя остаточная высота, значения, которые постоянны согласно методике - заведомо учитывающая фактическую высоту остатка.

В трех комплектах высота превышает 100 см, тем самым снижая удельную энергию разрушения, так как высота выбирается максимально возможная.

Расчет фактической удельной энергии осуществляется по формуле:

Е„ =

0,0272Md

m

где hf - остаточная высота после разрушения, мм.

Из графика на рис. 1 видно, что крупность продуктов «сниженной» удельной энергии разрушения 0,36 кВт-ч/т и энергии 0,25 кВт-ч/т примерно одинаковы.

Далее по графикам гранулометрии определяется значения t10. Относительно данных значений (t10 и Ees) строится график экспоненциальной зависимости и определяются значения А и b (рис. 2). Параметры А и b характеризуют прочностные свойст-

ва руды относительно ударного разрушения высокой и низкой энергии соответственно, совокупный параметр ударного разрушения АхЬ = 172,4.

При проведении теста, в результате воздействия максимальных удельных энергий на четырех видах фракций, наблюдался отскок падающего груза, что вызывало повторенное разрушение материала (табл. 4).

1W.0

SQ0 70,0

ОД

0.0 t 1

Крупность, мм

—-63+5.1 мм

Рис. 1. Гранулометрический состав продукта разрушения частиц крупностью -63+53 мм по трем различным энергиям

Á --------""

я

г* А=69,5 Ь=2,48 — t10 = А  [1 - e(_6'£cs)]

г

t

1

-22.4+19 мм

О 0,5 1 1,5 2 2.5 3

Е„, кВт ч/т

Рис. 2. Зависимость удельной энергии, Ecs от t10. Определение значений А и b

Таблица 4

Высота отскока груза и удельная энергия вторичного удара

Крупность, мм Удельная энергия улара, кВт-ч/т Высота отскока груза, см Удельная энергия вторичного удара, кВт-ч/т

-63+53 Не наблюдался

-45+37,5 0,71 3,1 0,02

-31,5+26,5 2,2 5,8 0,12

-22,4+19 2,5 6,3 0,17

-16+13,2 2,5 5,7 0,26

Отскок каждого удара груза фиксировался на видео, тем самым определив средние значения высоты отскока, а затем и удельную энергию разрушения.

Из этого следует переизмельчение материала и завышение значения АхЬ на 4-6 единиц.

Дополнительно был проведен отдельный тест на «узких» наборах крупностью -45+37,5 мм, поделенных на два типа руд относительно минерального состава. В таблице 5 представлены исходные данные теста, а на рисунке 3 результат теста, из которого следует что параметр ЛхЬ(тип 1)>ЛхЬ(тип 2).

Анализируя существующую методику Ж относительно ударного разрушения, следует учитывать обстоятельства снижающие погрешность выполняемого теста.

Таблица 5

Влияние минерального состава на прочностные характеристики

Размер фракции, мм Тип руды Рудные ми-нералы,% Нерудные минералы,% Средняя масса частиц, г Удельная энергия, кВт*ч/т

-45+37,5 1 35 65 195,9 0,7

193,7 0,25

192,2 0,1

2 18 82 193,7 0,7

191,3 1

193,2 0,25

Примечание: Рудные минералы представлены пирротином, халькопиритом и др. Нерудные минералы представлены полевым шпатом, пироксеном, кварцем, хлоритом, биотитом и др.

Рис. 3. Кривые Ecs-t10 двух типов руд

Рациональный выбор удельной энергии разрушения, дает провести более детальный анализ природы разрушения частиц, снижая возможность завышенных результатов теста.

Дополнительными параметрами могут стать результат разрушения слоя частиц более мелких классов -13,2 мм, которые находятся в мельнице не только в зоне истирающих нагрузок, но и ударных, а также включение в методику образцов «неправильной формы».

Направление исследования связи минерального состава, структурно-текстурных особенностей и формы частиц с прочностными свойствами руды может поспособствовать более точному выбору и расчету цикла СИ/ПСИ с помощью лабораторного оборудования.

Исследование выполнено в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности (задание № 5.1284.2014/К на выполнение научно-исследовательской работы).

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. John Mosher and Tony Bigg. Bench - Scale and Pilot Plant Test for Comminution Circuit Design. Mineral Processing Plant Design, Practice and Control Proceedings / Published by the Society for Mining, Metallurgy and Exploration, Inc. Edited by Andrew L. Mular, Dough N. Halbe and Derek I. Barrat. 2002. Vol.1 p. 123-135

2. Gupta A. Van D.S. Mineral Processing Design and Operations. An Introduction. //ELSEVIER. 2006, pp. 65-76.

3. F.O. Verret, G. Chiasson and A. Mcken. SAG mill testing — an overview of the test procedures available to characterize ore grindability. SGS MINERALS SERVICES. TECHNICAL PAPER 2011-08.

4. Андреев E.E., Докукин В.П., Николаева H.B. Оценка влияния крупности питания при проектировании и моделировании мельниц само- и полу-самоизмельчения. Обогащение руд. 2009. № 1. стр. 14-16.

5. Morrell S. Predicting the specific energy of autogenous and semi-autogenous mills from small diameter drill core samples // Minerals Engineering 17. 2004.

6. Andre McKen, Steve Williams. An overview of the small-scale tests available to characterize ore grindability. International Autogenous and Semiautoge-nous Grinding Technology / Proceedings of SAG conference Held in Vancouver, B.C., September 23 - 27, 2006, Vol. 4, p. 315 - 330.

7. John Starkey and Glenn Dobby. Application of the Minnovex SAG Power Index at Five Canadian SAG Plants. International Autogenous and Semi-autogenous Grinding Technology / Proceedings of SAG conference Held in Vancouver, B.C., October 6 — 9, 1996, Vol. 1, p. 345 - 360. EE

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Таранов В.А. - аспирант, taranov.vadim@gmail.com, Николаева Н.В. — кандидат технических наук, доцент, nadegdaspb@mail.ru,

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

UDC 622.732

SYSTEMATIZATION OF STRENGTH PROPERTIES OF ORE TO SUBSTANTIATION OF RATIONAL PARAMETERS OF THE GRINDING PROCESS

Taranov V.A., PhD student of Mineral Processing Department of National Mineral Resources University «Mining», Russia,

Nikolaeva N.V., Ph.D, Associate Professor of Mineral Processing Department of National Mineral Resources University «Mining», Russia.

The article includes a discussion of the factors affecting the strength properties of the ores, such as the physical and mechanical properties, mineral composition, structural and textural features. The analysis is presented, on the selection the most appropriate methods of laboratory tests that take into account two main types of rock destruction in drum mills — impact and abrasion. The purpose of the study is a procedure combining the obtained values characterizing certain mechanical properties of ore with subsequent calculation of rational grinding cycles.

Key words: Ore preparation, autogenous grinding / SAG, the strength properties of ores, drop weight test.

ACKNOWLEDGEMENTS

The study was performed as part of the project part of the state task in the field of scientific activity

REFERENCES

1. John Mosher and Tony Bigg. Bench - Scale and Pilot Plant Test for Comminution Circuit Design. Mineral Processing Plant Design, Practice and Control Proceedings / Published by the Society for Mining, Metallurgy and Exploration, Inc. Edited by Andrew L. Mular, Dough N. Halbe and Derek I. Barrat. 2002. Vol.1 p. 123-135

2. Gupta A. Van D.S. Mineral Processing Design and Operations. An Introduction. //ELSEVIER. 2006, pp. 65-76.

3. F.O. Verret, G. Chiasson and A. Mcken. SAG mill testing — an overview of the test procedures available to characterize ore grindability. SGS MINERALS SERVICES. TECHNICAL PAPER 2011-08.

4. Andreev E.E., Dokukin V.P., Nikolaeva N.V. Ocenka vlijanija krupnosti pitanija pri proektirovanii i modelirovanii mel'nic samo- i polusamoizmelchenija (To evaluate the effect of feed size in the design and modeling of the mills itself). Obogashhenie rud. 2009. No 1. pp. 14-16.

5. Morrell S. Predicting the specific energy of autogenous and semi-autogenous mills from small diameter drill core samples // Minerals Engineering 17. 2004.

6. Andre McKen, Steve Williams. An overview of the small-scale tests available to characterize ore grindability. International Autogenous and Semiautogenous Grinding Technology / Proceedings of SAG conference Held in Vancouver, B.C., September 23 - 27, 2006, Vol. 4, p. 315 - 330.

7. John Starkey and Glenn Dobby. Application of the Minnovex SAG Power Index at Five Canadian SAG Plants. International Autogenous and Semiautogenous Grinding Technology / Proceedings of SAG conference Held in Vancouver, B.C., October 6 — 9, 1996, Vol. 1, p. 345 - 360.