авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Исследование процессов разделения минералов различной плотности в воздушно-песчаном потоке и разработка новых аппаратов пневмосепарации

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЛЕБЕДЕВ ИВАН ФЕЛИКСОВИЧ

Исследование процессов разделения минералов различной плотности в воздушно-песчаном потоке и разработка новых аппаратов пневмосепарации

Специальность: 25.00.13. – Обогащение полезных ископаемых

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2008

Работа выполнена в Институте горного дела Севера им. Н. В.Черского Сибирского Отделения РАН

Научный руководитель

доктор геолого-минералогических наук Филиппов Виталий Егорович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор Самыгин Виктор Дмитриевич

кандидат технических наук Глинкин Владимир Анатольевич

Ведущая организация ООО «Берилл», г. Якутск

Защита диссертации состоится 25 июня 2008 г. В 1600 в ауд. К-421 на заседании диссертационного совета Д212.132.05 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный технологический университет «Московский институт стали и сплавов» по адресу: 119049, г. Москва, Крымский вал, д.3.

Отзывы на автореферат направлять по адресу:

119991, Москва, Ленинский пр. 4, МИСиС

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Государственный технологический университет «Московский институт стали и сплавов».

Автореферат разослан ______ мая 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Т. А. Лобова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Основная масса существующих технологий обогащения минерального сырья характеризует использование больших объёмов воды. Для переработки и обогащения 1 м3 горной массы (руды и песков) в среднем используется 4-5 м3 технологической воды. Экономическая эффективность процессов обогащения во многом определяется удорожающими факторами производства, к которым относятся капитальные и эксплуатационные затраты на гидросооружения (водное хозяйство, хвостохранилища, природоохранные мероприятия) промприборов, обогатительных установок и фабрик.

В безводных регионах проблема эффективного обогащения полезных ископаемых становится ещё более острой. Для климатических условий Севера накладываются дополнительные сложности:

– весьма ограниченный календарный период традиционной промывки песков;

– высокая себестоимость обогащения руд за счет высоких затрат на капитальное строительство и эксплуатацию утепленных производственных объектов в зимних условиях.

В связи с этим, наиболее перспективным является использование в качестве среды обогащения воздуха. С одной стороны, такой метод как доводка шлихов, то есть их ручная отдувка, применяется уже более 150 лет, но до сих пор нет общепризнанного способа обогащения первичного материала полезных ископаемых высокой плотности путем использования воздуха вместо воды.

Вместе с тем, исследованиями установлено, что формирование крупнейших россыпных месторождений золота (Витватерсранд) происходило в условиях деятельности ветров. При этом особенностью эоловых россыпей является наличие высоких локальных концентраций металла на отдельных участках месторождения, которые в несколько раз превышают содержания металла в месторождениях, сформированных в аллювиальных или морских прибрежно-пляжевых условиях. Этот факт указывает на то, что в естественных условиях имеются предпосылки возможности концентрации золота в условиях перемещения воздушно-песчаных потоков. Следовательно, существует возможность разработки высокоэффективных пневматических устройств, позволяющих обогащать золотосодержащие материалы.

К настоящему времени пневматическое обогащение широко используется при обогащении минерального сырья с низкой плотностью, такого как асбест, уголь, слюда и т.п. Применительно к обогащению тяжелых минералов (золото, платина, касситерит) область пневматического обогащения весьма ограничена. Существующие модели малопроизводительны и используются только при доводке концентратов. Полностью отсутствуют высокопроизводительные пневмосепараторы для обогащения минералов средней плотности (алмазы, гранаты, циркон, ильменит и т.п.)

Таким образом, актуальность работы заключается в необходимости разработки эффективных пневматических методов обогащения для широкого освоения месторождений золота в условиях Севера и в безводных регионах с использованием сухого обогащения для минерального сырья средней и высокой плотности

Цель работы:

разработка эффективных способов и устройств для обогащения минерального сырья высокой и средней плотности пневматическим способом.

Задачи исследования:

–изучить поведение минеральных частиц различной плотности и крупности в воздушно-песчаном потоке;

– исследовать влияние искривленных и вращающихся осадительных поверхностей на траектории перемещения частиц различной плотности под воздействием воздушного потока;

– определить наиболее рациональные условия пневматического обогащения минералов высокой и средней плотности.

Методы исследований: физическое моделирование, теоретическое обоснование процессов разделения минеральных частиц на новых аппаратах пневматичесой сепарации, изучение вещественного сотава продуктов сепарации на основе минерального, элементного спектрального анализов.

Достоверность полученных результатов работы основывается на использовании большого объема экспериментальных данных, их статистической обработки, современных методах анализа продуктов обогащения.

Научная новизна:

1. Установлен параметр, характеризующий миграционную способность минеральных частиц различной плотности в диапазоне крупности от 0,1 до 3 мм, подверженных действию воздушного потока, определяемый состоянием равновесия частицы на наклонной поверхности и зависящий от скорости потока и угла наклона, что позволяет определить условия эффективного разделения минералов по крупности и плотности;

2. Выявлены особенности перемещения частиц разной крупности и плотности в воздушно-песчаных потоках при скоростях менее их скорости витания, создаваемых в аэродинамических трубах разной конфигурации, выражающиеся в инициировании подъема легких частиц в воздушную среду и лавинообразного их перемещения в виде воздушно-песчаной смеси вследствие их активного взаимодействия, что позволило создать конструкции пневматических сепараторов (винтовой пневмосепаратор, пневматический сепаратор с чашеобразной рабочей камерой);

3. Установлено, что наиболее эффективные условия разделения минералов по плотности достигаются в винтообразной аэродинамической трубе, позволяющей создавать рациональную структуру воздушно-песчаного потока для разделения минералов по плотности с организацией непересекающихся траекторий противонаправленного движения легких и тяжелых минералов в поле действия гравитационных и центробежных сил.

Практическая значимость

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны пневмосепараторы принципиально новой конструкции, использование которых позволяет решить проблему применения сухого обогащения минералов высокой и средней плотности в промышленных масштабах.

2. Разаработанная конструкция пневмосепаратора ПОС-2000 опробована в промышленных условиях на месторождении «Одолго» (ООО С/а «Надежда») при обогащении золотосодержащих руд, и достигнуто извлечение золота 88,08%. Повышение эффективности и селективности разделения минералов высокой и средней плотности за счет применения новых установок, в частности, винтового сепаратора позволяет дополнительно сократить получаемые концентраты с удалением более плотных минералов из шлиха. Это позволит создать технологию с получением высококачественного концентрата, с ожидаемым расчетным выходом 0,26% при извлечении 93,4% допустимый для извлечения золота в традиционых схемах доводки концентратов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: республиканской конференции “Итоги геокриологических исследований в Якутии в ХХ веке и перспективы их дальнейшего развития” (Якутск, 2001); на Международной конференции “Драгоценные металлы и камни – проблемы добычи и извлечения из руд, песков и вторичного сырья” (Иркутск, 2001); на Международном совещании «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья» «Плаксинские чтения» (Чита, 2002); на научно-технической конференции «Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2003); на Международной конференции, посвященной к 60-летию Горно-геологического института ЗСФ АН СССР «Проблемы и перспективы развития горных наук» (Новосибирск, 2004); на Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспектива комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны» (Якутск, 2005); на Неделе горняка - 2007 (Москва, 2007).

Публикации. По результатам работы опубликованы 7 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, 14 тезисов и докладов в сборниках конференций и получены 3 патента РФ на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников. Диссертация имеет объем 110 страниц, включая 22 таблицы и 51 рисунок, список использованных источников состоит из 34 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен аналитический обзор литературы, в котором представлена существующая теоретическая база пневматичексого обогащения и практическое состояние сухих технологий обогащения различного минерального сырья. Дан анализ существующих отечественных и зарубежных аппаратов пневмосепарации.

В решение проблем, связанных с воздушной классификацией в технологии переработки полезных ископаемых большой вклад внесли выдающиеся ученые Г. К. Смышляев, В.И. Соболев, Н.Ф. Мясников, В. Кайзер, М. А. Эйгелес, В.Н. Шохин, В. Е. Филиппов, А. И. Матвеев и другие ученые и специалисты.

Анализ литературных источников показал, что научные исследования, в основном, касаются решения технологической задачи повышения эффективности обогащения существующих пневматических аппаратов. При этом практически все известные методы и аппараты пневматического обогащения копируют «мокрые» аналоги. Эффективность существующих методов и аппаратов пневматического обогащения весьма ограничивает их применение - областью обогащения минералов и материалов низкой плотности. Имеются только единичные случаи применения их в обогащении золота и аналогичных тяжелых минералов.

Прямых аналогов к предложенным в диссертации новых аппаратов пневмосепарации в практике обогащения минералов средней и высокой плотности не существуют, что подтверждается полученными патентами РФ.

Во второй главе приводятся результаты экспериментальных работ по исследованию скорости витания минеральных частиц различной плотности и крупности в воздушном потоке.

В практике обогащения полезных ископаемых в гидродинамической среде миграционную способность минеральных частиц оценивают через их гидравлическую крупность — ГК, то есть конечной скоростью погружения частиц в жидкости.

Аналогичным показателем миграционной способности минеральных частиц в воздушном потоке является скорость витания частиц.

Экспериментальными работами на основе сравнения скорости витания частиц (СВ) с их гидравлической крупностью (ГК) установлено существование прямой корреляции между ними, что хорошо иллюстрируется графическим построением на рисунке 1, где приводятся результаты собственных экспериментов.

 Зависимость скорости витания минеральных частиц от их гидравлической-1

Рис. 1. Зависимость скорости витания минеральных частиц от их гидравлической крупности

Вместе с тем, проведенные экспериментальные работы по изучению поведения частиц золота различной крупности в воздушно-песчаном потоке в аэродинамических трубах разной конфигурации в зависимости от скорости потока и концентрации в нем песка (дебита песка) показали, что существуют сложности при определении миграционной способности частиц в потоке со скоростями в пределах их витания, т.е. волочением, где форма частиц играет важную роль.

В работе В.Е. Филиппова и др. (2002 г.) установлено, что ГК частиц при известной плотности зависит от формы частиц, а именно от толщины, другие параметры (длина, ширина) на ГК практически не влияют. Особое влияние толщины частицы на ГК объясняется тем, что частицы при установившемся режиме погружения рассекают жидкость своим наибольшим сечением, а их толщина с учетом плотности отражает усредненное удельное давление на жидкость.

Аналогичное явление наблюдается и в воздушной среде. В аэродинамической трубе с постепенно расширяющимся сечением диски парят ориентированные наибольшим сечением перпендикулярно направлению воздушного потока. При этом диски одинакового диаметра и плотности располагаются по высоте друг над другом, по мере уменьшения толщины, то есть по мере уменьшения скорости потока за счет постепенного расширения трубы. Следовательно, скорость витания частиц с одинаковой плотностью, как и их гидравлическая крупность, зависит в первую очередь от толщины частиц. Отсюда, относительную оценку СВ (миграционную способность в аэродинамической среде) частиц одинаковой плотности наиболее рационально определять через их толщину, принимая ее как наиболее важный параметр формы частицы.

Практика показывает, что разделение минералов по плотности в воздушной среде, особенно тяжелых частиц, имеет место в области значительно меньшей скорости витания.

Устойчивая возможность разделения минералов разной плотности из воздушно-песчаного потока позволила выявить новую характеристику миграционной способности частиц в воздушно-песчаном потоке.

С целью изучения миграционной способности минеральных частиц в воздушном потоке при скоростях меньших скорости витания частиц нами был сконструирован и изготовлен специальный стенд. Основным рабочим органом является аэродинамическая труба, изогнутая по окружности и градуированная от 0О до 90О (рис. 2).

Рис. 2. Схема стенда для изучения способности транспортировки частиц в условиях воздушного потока. 1 – отверстие, 2 – аэродинамическая труба, 3 – отверстие для подачи воздуха, 4 – дозатор песка, 5 – приемная воронка, 6 – сетка, 7 – вибратор

При проведении экспериментов установлено, что для каждой частицы имеется своя конечная скорость воздушного потока, при которой она отрывается от поверхности трубы и переходит в состояние витания, затем перемещается вертикально и выносится из трубы. Причем, на характер поведения частиц на изогнутой поверхности радиус кривизны практически не влияет.

Полученные данные при замере минералов различной плотности показывают отчетливую зависимость углов смещения (равновесное состояние частиц на кривой поверхности при заданной усредненной скорости потока) испытуемых частиц от величины скорости потока.

Графические построения показывают, что зерна различных минералов имеют свою характерную кривую зависимости величин смещения от скорости потока (рис. 3). Следовательно, эти кривые характеризуют их поведение в воздушном потоке. Причем, они отражают состояние частиц в динамике, то есть от начала страгивания их при малых скоростях и до перехода в состояние витания. В известных нам работах поведение частиц в воздушном потоке оценивается лишь одной величиной – СВ.

Угол смещения частицы на вогнутой осадительной поверхности аэродинамической трубы находится в квадратичной зависимости от скорости потока, что согласуется с общей закономерностью расчета силы давления потока на частицу от скорости.

 Зависимость угла смещения частиц от скорости потока В случае-3

Рис. 3. Зависимость угла смещения частиц от скорости потока

В случае логарифмирования и аппроксимации кривые преобразовываются в прямые (рис. 4). На основе этого выделен новый параметр миграционной способности частиц, который может быть использован для оценки возможности перемещения частиц волочением при скоростях менее СВ.

Эта величина предварительно определена нами как аэродинамическая крупность (АДК) минеральных частиц.

Определяется она по формуле:

где, v — скорость потока в м/с; [] — абсолютная величина угла смещения частиц, в градусах.

 Зависимость log угла смещения от скорости потока Как видно из результатов, АДК-6

Рис. 4. Зависимость log угла смещения от скорости потока

Как видно из результатов, АДК каждой частицы является величиной постоянной и, в пределах точности измерения, не изменяется при различных скоростях потока вплоть до скорости витания частицы. Следовательно, если известна скорость витания частицы, можно определить её АДК, которая представляет собой частное log[90О] от скорости витания частицы. При необходимости, появляется возможность определения скорости, при которой частица может преодолеть уклон заданной величины:

v=АДК log[90О] log[]

Важность нового параметра АДК заключается в определении особенности миграционной способности частиц в воздушно-песчаном потоке с момента страгивания до момента витания, за которым происходит инициирование лавинообразного движения воздушно–песчаного потока, где и происходит разделение частиц по крупности и по плотности.

Для разделения минералов различной плотности в воздушно-песчаном потоке достаточно поднять в воздух одни легкие минералы для провоцирования движения более тяжелых минералов на осадительной поверхности пневматической обогатительной установки. В результате взвешенные частицы в потоке воздуха набирают соответствующую скорость и сами становятся носителем энергии, т.е. при столкновении с другими частицами перемещают их по направлению потока воздуха, при этом на поверхности наблюдается веерообразное движение частиц, где тяжелые минералы значительно отстают от легких минералов, и происходит последовательное разделение (обогащение).



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.