Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Динамика минеральных частиц в центробежном поле при гравитационном обогащении

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Динамика минеральных частиц в центробежном поле при гравитационном обогащении"

003489735

ТЮТЮНИН Веденей Викторович

ДИНАМИКА МИНЕРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ В ЦЕНТРОБЕЖНОМ ПОЛЕ ПРИ ГРАВИТАЦИОННОМ ОБОГАЩЕНИИ

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 ДЕК ?009

Иркутск - 2009

003489735

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Иркутский государственный технический университет» (ГОУ ВПО «ИрГТУ») на кафедре обогащения полезных ископае-

мых и инженерной экологии

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ФЕДОТОВ Константин Вадимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

БОГДАНОВИЧ Александр Васильевич;

кандидат технических наук, доцент ГОРБУНОВА Ольга Ивановна

Ведущая организация: Национальный исследовательский

технологический университет «Московский институт стали и сплавов»

Защита состоится « 24 » декабря 2009 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Иркутский государственный технический университет» (ГОУ ВПО «ИрГТУ») по адресу: г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. Телефон/факс +7(3952)405118

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «ИрГТУ» Автореферат разослан « 20 »ноября 2009 г.

1

Ученый секретарь диссертационного совета, Д л1<Т

профессор : В.М. Салов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Разделение минералов в центробежном поле при гравитационном обогащении уже на протяжении многих лет остается ведущей технологией для переработки минерального и техногенного сырья. Высокая интенсивность центробежного ускорения современных обогатительных центрифуг позволяет извлекать частицы крупностью менее десяти микрометров. Недостаточная изученность закономерностей разделения, минеральных частиц в центробежном поле заставляет в условиях производства оптимизировать центробежное обогащение преимущественно практическим путем. Это значительно удлиняет данный процесс либо делает его долговременным и трудоемким. Так как скорость свободного падения частицы - это базовый параметр, по которому производится расчет гравитационных процессов и аппаратов, то особый интерес представляет её изучение в центробежном поле. Очевидно, что расчет результатов обогащения минералов в центробежном поле, с использованием реальных значений скорости свободного падения частиц, позволит оптимизировать работу центробежных концентраторов и повысить эффективность гравитационных процессов.

Цель работы - оптимизация гравитационного процесса обогащения в центробежных безнапорных концентраторах.

Идея работы. На основе расчета скоростей свободного падения минеральных частиц в центробежном поле оптимизировать процесс их разделения.

Методы исследований. В работе использованы: визиометрический анализ движения минеральных зерен в воде и пульпе, компьютерная графика, методы математического моделирования и статистики, лабораторные и промышленные исследования на обогатимость.

Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Анализ моделей расчета скоростей свободного падения минеральных частиц в поле силы тяжести и при наложении центробежного поля.

2. Экспериментальное определение скоростей свободного падения минеральных частиц различной крупности и плотности в воде при наложении центробежного поля.

3. Построение численной модели процесса свободного падения минеральных частиц в центробежном поле.

4. Разработка компьютерной программы с графическим интерфейсом, позволяющей в реальном времени изменять различные параметры модели и изучать их влияние на поведение минеральной частицы с целью определения оптимального фактора разделения для данной крупности и плотности частицы в центробежном безнапорном концентраторе.

5. Разработка лабораторного оборудования и методологии, позволяющих определять оптимальное соотношение фактора разделения и расхода флюидизи-рующей воды в центробежных безнапорных концентраторах с разрыхлением постели водой, подаваемой с внешней стороны конуса через отверстия в нем.

6. Проведение промышленной проверки полученных алгоритмов и параметров оптимизации при работе центробежных концентраторов.

Научная новизна

1. Разработана аналитическая модель, численно описывающая характер движения минеральных частиц в воде при наложении центробежного поля.

2. Установлены теоретические зависимости между центробежным ускорением (фактором разделения) и равнопадаемостью частиц в центробежном поле. Предложено определение равнопадающих в центробежном поле частиг/.

3. Теоретически обоснована и выявлена корреляционная зависимость между степенью разрыхленное™ минеральной постели и давлением флюидизирую-щей воды в центробежных концентраторах с разрыхлением постели водой, подаваемой против направления действия центробежного поля через отверстия в стенках конуса.

4. Разработаны основы методологии оптимизации гравитационного обогащения в центробежных концентраторах.

Практическая значимость и реализация результатов. Разработанная методология оптимизации гравитационного обогащения в центробежных сепараторах, прошла промышленные испытания в технологической схеме обогащения руд месторождения «Кедровское». Получен реальный экономический эффект от внедрения данной методологии.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается представительным объемом экспериментальных данных и удовлетворительной сходимостью результатов исследований различными методами при уровне значимости 5%.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Аналитическая модель и методика численного расчета скоростей и траекторий движения минеральных частиц в центробежном поле.

2. Новое определение равнопадающих в центробежном поле частиц, закономерности их распределения в центробежном поле.

3. Зависимость между степенью разрыхленности минеральной постели и давлением флюидизирующей воды в центробежных безнапорных концентраторах.

4. Методология оптимизации гравитационного обогащения в центробежных безнапорных концентраторах.

Апробация работы. Результаты исследований, приведенные в диссертационной работе, докладывались на Международном совещании «Плаксинские чтения», г. Апатиты, 2007 г., г. Владивосток, 2008 г., г. Новосибирск 2009 г.; Меж-

дународной школе молодых ученых, г. Москва, ИПКОН РАН, 2007 г.; 24-м Международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых, г. Пекин, 2008 г.; в Институте проблем комплексного освоения минерального сырья РАН, г. Москва, 2008 г.; в Государственном технологическом университете «Московский институт стали и сплавов», г. Москва, 2008 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 1 работа в изданиях ВАК, одна монография.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, приложения. Диссертация содержит 104 страницы машинописного текста, 33 рисунков, 2 таблиц, библиографию из 95 наименований.

Личный вклад автора. Проведение аналитического обзора научно-технической информации, анализ эксплуатации центробежных безнапорных концентраторов, выполнение экспериментальных и теоретических исследований по изучению процессов центробежной сепарации, разработка методологии оптимизации гравитационного обогащения в центробежном поле.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертационной работы обоснована актуальность темы исследований, сформулирована цель и идея работы, представлены задачи и методы исследований, изложены научные положения, выносимые на защиту, раскрыты научная и практическая значимость работы, результаты её реализации.

Первая глава посвящена обзору существующих моделей для расчета скорости свободного падения минеральных частиц в поле тяготения Земли и в центробежном поле. Также приводятся сравнительные данные

Рис. 1. Сравнение методик расчета скорости свободного падения минеральной частицы в центробежном поле

расчета скорости свободного падения минеральных частиц различной крупности. плотности, формы по моделям Розенбаума-Тодеса и Богдановича, для случая движения минеральной частицы в центробежном поле. Как видно из рис. 1, ни одна из вышеупомянутых моделей не позволяет реально оценить скорость свободного падения минеральных частиц в центробежном поле, а, стало быть, исключает достаточно точную возможность описания процесса сепарации минеральных частиц в центробежных аппаратах.

Во второй главе описывается лабораторное оборудование и методология для экспериментального определения скорости свободного падения минеральных частиц в центробежном поле методология численного математического моделирования и компьютерная программа с графическим интерфейсом, позволяющие проводить симуляцию свободного движения минеральных частиц в центробежном поле, обосновывается новое определение равнопадающих частиц в центробежном поле.

Для экспериментального определения свободного падения (движения) минеральных частиц в центробежном поле была сконструирована и изготовлена лабораторная установка, изображенная на рис. 2, укомплектованная высокоскоростной видеокамерой 1, с возможностью съемки до 60000 кадров за одну секунду при разрешении 1024x768 dpi, оптической системой 2, расположенной над

Рис. 2. Лабораторная установка для изучения свободного падения минеральных частиц в центробежном поле: а - главный вид, б - вид сверху; 1 - высокоскоростная видеокамера; 2 - оптическая система; 3 - прозрачный цилиндр; 4 - блок управления питанием; 5 - аккумулятор; 6 - крышка; 7 - электромагнитный клапан; 8 - вал; 9 -кронштейны; 10 - противовесы; 11 - приводной электродвигатель

объектом исследований. При подаче сигнала триггера на интеллектуальный блок управления питанием 4 головкой видеокамеры начинается запись. В торце прозрачного цилиндра 3 находится крышка 6, на которой расположено пусковое устройство 7. Прозрачный цилиндр заполняется водой, в пусковое устройство помещается минеральная частица, скорость свободного падения кото-

$

Координаты X частицы, усл. ед.

Рис. 3. Траектории движения минеральных частиц в центробежном поле

рой в центробежном поле требуется измерить. К приводному валу установки 8 крепятся два кронштейна 9. Головка видеокамеры и призма уравновешиваются противовесами 10, которые накручиваются на кронштейны. Частоту вращения цилиндра в зависимости от частоты задаваемой на частотном регуляторе и как следствие центробежное ускорение, можно менять в диапазоне от 1 до 200g.

Видеокамера, вращающаяся синхронно с цилиндром, позволяет фиксировать движение минеральной частицы в нем, также возможно произвести прямой замер координат частицы (начало координат -затвор электромагнитного клапана) в зависимости от времени с точностью до миллионной доли секунды. Далее рассчитывается скорость свободного падения минеральной частицы в центробежном поле с заданными начальными условиями: частота вращения цилиндра, род среды, в которой происходит падение, размеры, форма и плотность минеральной частицы.

Эксперименты проводились с частицами различной плотности на изменяемых центробежных ускорениях. На рис. 3 представлены траектории движения минеральных частиц магнетита, свинцового блеска и кварца при центробежных ускорениях 5 и 7.81 § с момента начала их движения (падения). Анализ траекторий движения частиц, изображенный на рис. 3, позволяет сделать вывод о том, что изменение величины § приводит к изменению траекторий движения минеральных частиц. Изменения носят нелинейный характер, что свидетельствует о неоднородности факторов, влияющих на движение минеральных частиц.

Результаты вышеописанного эксперимента показали подход в построении численной модели свободного падения минеральных частиц в изменяемом центробежном поле. С целью прогнозирования поведения различных минеральных частиц и расчета скорости их свободного падения в центробежном поле, была разработана специальная математическая модель, алгоритм построения которой приведен ниже.

В классической постановке, без учета центробежных сил, при исследовании свободного падения частиц рассматриваются три силы: сила тяжести Р, подъемная (архимедова) сила Я и сила гидродинамического сопротивления жидкости Р. Сила тяжести и архимедова сила направлены по одной оси, их суммарную составляющую принято называть гравитационной силой:

„ л-О1

где й -диаметр частицы; ря - плотность частицы; р, - плотность жидкости и g - ускорение свободного падения.

При наличии вращательного движения (рис. 4) модель распределения сил меняется.

Центробежная сила определяется выражением (2)

• (2) Здесь Уг-радиальная составляющая вектора скорости, г-расстояние от частицы до оси вращения. Уравнение движения в радиальном направлении определяется суммой двух сил центробежной и проекции силы сопротивления на радиальную ось.

-а, = -К- (3)

Движение вдоль оси У, также складывается из двух составляющих - силы Кориолиса и проекции силы сопротивления на ось У.

= Ь. -/=; . (4)

Сила Кориолиса определяется выражением (5)

/•", = 2-т-сохи , (5)

где тхи- это векторное произведение угловой скорости вращения на скорость частицы.

В направлении оси Ъ действуют те же силы, что и в случае свободного падения в жидкости.

Сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости и имеет направление, противоположное направлению движения. Получаем:

Рис. 4. Силы, действующие на частицу в центробежном поле, где Рг-центробежная сила, Г, и Р - сила сопротивления (разложенная по осям X и У), ^ - сила

Кориолиса, учитываемая при рассмотрении относительного движения частицы, \У - угловая скорость

- - К}■• г- р.\у - и\ ■ (и, - К) --^«вф, - К}- У- /?|у - и\ ■ {и, - гу) Ъ—^&Р.-К}-р\У-и\-{и, ~ К)

(6)

-Щ = р, - КУ+{иу - Ууу+(и, - кУ.

Здесь (У - вектор скорости частицы; V - вектор скорости жидкости; V - динамический коэффициент сопротивления.

При построении модели были сделаны следующие допущения - жидкость является идеальной и несжимаемой, рассматривается равномерное движение некоторой, вращающейся с угловой скоростью т системы координат, движение жидкости считается установившемся, т.е. жидкость находится в относительном покое относительно вращающейся системы координат.

В рассматриваемой модели мы учитываем силу присоединенной массы.

^ ='«„>• (7)

Тогда суммарная составляющая всех сил, действующих на твердую частицу в центробежном поле с учетом ранее полученных выражений (1), (2), (5), (6), (7), определяется по формуле (8).

или

■Гс + Го + Гс+^+К,,

(8)

(9)

С$/£»{(У -У}- V- {/\У-и\-[и -у)+2т- шхи+ т„*а Численный расчет проводится следующим образом. Весь временной интервал движения частицы делится на отрезки величиной М. На каждом отрезке результирующую силу дится из уравнения

считаем постоянной. Тогда ускорение частицы нахо-

л-О* . . (с1У , _„

(10)

где /и- масса частицы и тогда соответствующий вектор скорости для вычисления сил на следующем отрезке времени равен

Рис. 5. Главное окно программы симулирующей свободное падение минеральных частиц в центробежном поле:

1 - вращающийся объем жидкости;

2 - траектория движении частицы

1. (П)

Новое положение частицы определяется итерационными формулами:

ХпЛ = X" +Уп* ■ М;

у+1=у+К;+1-Д/; (12)

= 2" + • м. Для анализа построенной численной модели была разработана компьютерная программа с графическим интерфейсом, позволяющая в реальном времени менять различные параметры модели и изучать их влияние на поведение частицы. Кроме траектории движения программа показывает и кинематические параметры, т.е. позволяет проводить

полную симуляцию поведения частицы в центробежном поле. Появляется возможность легко определить влияние того или иного фактора на поведение частицы, проверить зависимость факторов и просимулировагь ситуации которые тяжело осуществить практически.

Одно из важных понятий в теории гравитационного обогащения, касающееся скорости свободного падения частиц - равнопадающие частицы. При отсутствии центробежного поля траектории частиц одинаковы, и под равнопадающими понимаются частицы, движущиеся с одинаковой конечной скоростью.

Такое определение имеет практический смысл, так как перемещение происходит в вертикальном направлении в поле тяготения Земли, после того как движение частиц становится равномерным и установившемся. В центробежном поле, процесс разделения частиц отличается в силу того, что их перемещение не является линейным. Движение частиц на всем протяжении происходит с переменным ускорением, т.е. движение является неустановившимся. Поэтому определение равнопадающих частиц по конечной скорости не имеет подобного практического значения. В общем случае, в центробежном поле законы движения частиц могут быть различными. Это связано с тем, что величина центробежной силы, для данной минеральной частицы, так же как и другие основные силы, т.е. сила тяжести и сила сопротивления, зависят от параметров частицы, - диаметра и плотности.

Траектории частиц также зависят от параметров частиц и внешних, действующих на нее сил. При этом частицы с различными параметрами могут проходить через одну и ту же точку траекторий их движения. Так как с практической точки зрения более важно определение положения частицы, чем знание ее конечной скорости, то мы называем равнопадающими в центробежном поле частицы, которые приходят в заданную точку независимо от скорости их движения (рис. 6). Математическая модель позволила рассчитать распределения различных минеральных частиц в зависимости от фактора разделения, достигаемого в центрифуге, при котором эти частицы становятся равнопадающими в центробежном поле (рис. 7-9).

У 1 т г~

\\ /

/

л/

\\

х 4 X*

Рис. 6. Возможные траектории движения трех различных минеральных частиц в центробежном поле: 1 - точка равнопадасмости для двух частиц; 2 - точка равнопадаемости для трех частиц

ао ф

I

$

<>.др;

0.002 0,003

Цитробсжи-.е

♦ а ¿bu.ii /ь ■ 9.45В-1 5В-0.75 5а-X

в Х.^Й-олб

Ч-.8В5

Рис. 7-, Раепщыше вавдвпааающи* у нет с *ШВ£НИЯШ1 И

ншк чаеши

„

ь

18 5

м О Ь е

у<* а|хем»»«-' «-о «ЯКЬнциеи I

■ ....даж'.-л1

феричност»«

тшя

Я'Ш !

о--.от 0.000^ О .0006 0.0008 0.001 0.0012 О о.Оии«: о;С". > ■ . о <"■ О.ОО!

Диаметр частиц, м

Рис. 8. Распределение равнонадаюших в центробежном поле частиц с ускорениями 5g и

Крупность частиц, м.

Рис. 9. Распределения равнонадающих частиц в центробежном поле при различных значениях фактора разделения

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:

С увеличением центробежного ускорения диапазон крупности равнопадаю-щих в центробежном поле частиц уменьшается, т.е. различие в траекториях движения минеральных частиц с уменьшением их крупности увеличивается.

С увеличением центробежного ускорения уменьшается диапазон плотностей равнопадающих в центробежном поле частиц, т.е. различие в траектории движения минеральных частиц с увеличением их плотности увеличивается.

В третьей главе описывается лабораторное оборудование и методология экспериментального определения закономерностей стесненного движения минеральных частиц в центробежном поле, представляется компьютерная программа с графическим интерфейсом, позволяющая проводить оптимизацию фактора разделения в центробежных концентраторах, представляется методология оптимизации разделения смеси минеральных частиц в центробежном поле на основе их квазистационарного состояния. Для экспериментального изучения закономерностей стесненного движения минеральных частиц в центробежном поле нами была сконструирована и изготовлена специальная установка (рис. 10), укомплектованная аналоговой видеокамерой 1 с радиопередатчиком 2, расположенной над объектом исследований. Сигнал с видеокамеры в режиме реального времени транслируется в компьютер через приемник. На центральный вал установки устанавливается специально изготовленная кювета из оргстекла 3, внутри которой полностью симулирована ячейка центробежного безнапорного концентратора с разрыхлением постели водой, подаваемой с внешней стороны конуса через отверстия в нем. Кювета на 80% от её объема заполняется смесью минеральных частиц, поведение которых требуется изучить в центробежном поле. Вода под давлением поступает в полый вал 4 установки через неподвижный штуцер 5 с сальниковым уплотнением, откуда она передается в распределительный канал 1 кюветы (рис. 11), что позволяет осуществлять флюи-дизацию минеральной постели в заданном режиме, т.е. при определенных значениях фактора разделения. Из распределительного канала 1 вода поступает в систему флюидизации 2, состоящей из множества наклонных каналов, по кото-

Рис. 10. Лабораторная установка для изучения стесненного движения минеральных частиц в центробежном поле: 1 - аналоговая видеокамера; 2 - радиопередатчик; 3 - прозрачная кювета; 4 - полый вал;

5 - штуцер с сальниковым уплотнением

Рис. П. Кювета из оргстекла: 1 - распределительный канал, 2 -система флюидизации, 3 -флюидизациониая ячейка; 4 - микросетка; 5 - камера для сбора воды

рым ома вытекает под напором во флюидизационную ячейку 3. где находится смесь минералов. Сбор воды происходит в камере 5. откуда она выводится из

установки.

Видеокамера позволяет наблюдать за поведением смеси минеральных частиц в V л^Шю^ центробежном поле при различных зна-

ий чениях фактора разделения и давлении в

¡1 ( ' я 1 » системе флюидизации. а также просле-

Ш ЯЯЯ^ШЯ-—' дить за условиями сепарации минераль-

----' ных частиц.

Эксперименты проводились с бинарными смесями кварца и магнетита, кварца и вольфрамита.

В результате проведенных экспериментов был уточнен механизм сепарации минеральных частиц в центробежном поле. В полости флюидизационной ячейки было установлено наличие трех видов течений (рис 12): циркуляционные; локальные: поток Кориолиса.

Циркуляционные потоки вызваны флюи-дизирующей жидкостью по сечению минеральной постели, что создает закрученные турбулентные вихри на её поверхности. В турбулентных вихрях движение частиц направлено вверх, а между вихрями - вниз.

Локальные течения вызваны турбулентными пульсациями и столкновениями частиц, они носят случайный и беспорядочный характер и возникают на границе между циркуляционными потоками и потоком Кориолиса.

В потоке Кориолиса минеральные частицы движутся против направления вращения установки и оседают на минеральную постель, либо выносятся из минеральной постели.

В промежутках между циркуляционными потоками образуются застойные зоны, в которых минеральные частицы находятся в относительном покое. Эпюра скоростей флюидизирующего потока по периметру ячейки подчиняется синусоидальному закону (рис. 13). Высотой пиков синусоиды можно управлять

Рис. 12. Течения в полости флюидизируюшей ячейки: I -флюидизируюшее отверстие; 2 -циркуляционный поток; 3 -минеральные частицы; 4 -поток Кориолиса

:. ИНЫМИ Ш.иился величиной давления воды в системе флюадизаВДй.- Шг между

конструктивными параметрами системы флюидизации.

Таким образом, полуэмпирическая модель степени разрыхленное»! постели в центробежных концентраторах с разрыхлением постели водой, подаваемой против действия центробежной силы через отверстия в стенках вращающегося кенуеа, будет очень удобно опивать при помощи функции синуеш

ЯтРшЬь(=■*) : Р-А

(13)

Рис. 13. Эпюра скоростей флкждизирующего 1101 ока

в нашем случае Р = это ттщт функция, определяемая давлением флюидизации, д = раеетояние мтщ отверстиями, х = шердинш течки в которой определяете« ИтёНёНЬ разрыхленное™, е = эмниричёёШ константа.

Степень ршрыштнши нтёли, величина нрёдашшщая ёйО0й массовую долю твёрдого й ё§ЬёМё постели, то есть:

К = — , (14)

5 + 1

где 5 - это твердая фаза, а I - это жидкая фаза.

Величина Р, косвенно определяет высоту пиков, и принимается на основе экспериментальных данных. Величина Д, определяется кон-стурктивными параметрами центробежного концентратора. Картина распределения минеральных частиц (рис. 14) по слоям во флюидизирующей ячейке соответствует картине распределения минеральных частиц в замороженном конусе, в экспериментах, проведенных К. В. Федотовым Сформировавшуюся картину распределения минеральных частиц в зонах сбора тяжелых фракций центробежного концентратора можно описать следующим образом: 1 - Крупные и средние частицы тяжелых минералов; 2 -крупные частицы легких, средние и тонкие частицы тяжелых минералов; 3 -мелкие частицы тяжелых минералов; 4 - смесь крупных и мелких частиц пустой породы с единичными частицами тяжелых минералов.

Рис. 14. Образование слоев минеральной постели в рифах центробежного концентратора

В зависимости от величины давления воды в системе флюидизации возможно управлять степенью разрыхленности минеральных частиц во флюидизирующей ячейке. Если давление воды поддерживать на уровне, при котором происходит разрушение постели, то наблюдается перемещение крупных частиц легких минералов в сторону флюидизирующих отверстий, а на их поверхности уже концентрируются мелкие частицы тяжелых минералов. Если давление воды поддерживать на некотором уровне, близком к состоянию запрессовки, то можно наблюдать, как частицы тяжелых минералов внедряются между крупными легкими частицами и движутся в сторону флюидизирующих отверстий. Данные наблюдения за поведением минеральных частиц в центробежном поле позволили нам разработать методологию оптимизации давления во флюидизирующей системе конуса центробежного концентратора с разрыхлением постели водой, подаваемой против направления действия центробежного поля, через отверстия в нем. Она заключается в преднамеренном регулировании степени разрыхленности минеральной постели с целью наиболее эффективного улавливания частиц полезного компонента в зонах сбора тяжелой фракции с учетом расчетной частоты вращения конуса центробежного концентратора, а также индивидуальных свойств минералов пустой породы руды месторождения, на которой требуется произвести оптимизацию гравитационного обогащения в центробежном поле.

Во время проведения экспериментов с минеральными частицами в кювете, представляющей собой сегмент кюветы, изображенной на рис. II. нами был зафиксирован процесс перераспределения минеральных зерен. Он заключался в том. что все тяжелые минеральные частицы сместились в направлении действия силы Кориолиса, это указывает на важную роль данной силы в процессах центробежной сепарации минерального сырья (рис. 15).

Данный эффект было решено проверить в лабораторном центробежном концентраторе, путем установки вертикальных перегородок во флюидизирующей

к

Рис. 15. Распределение минеральных зерен в сег менте кюветы: I -

Рис. 16. Определение начальных условии движения частицы

направление вращения;

2 - флюидизирующие отверстия; 3 и 4-тяжелые и легкие минералы

соответственно

ячейке. Интенсивная концентрация тяжелых зерен наблюдалась перед перегородками в виде сплошных областей концентрата. Данный факт также указывает на важное значение силы Кориолиса в процессе образования минеральных слоев в рифах центробежных концентраторов. Оптимизация центробежного обогащения происходит в два шага: 1) С помощью математической модели свободного движения минеральных частиц рассчитывается минимально

допустимая частота вращения ротора центробежного концентратора, при которой данная частица достигает улавливающей ячейки. Начальное положение частицы задается координатами Я* и Z (рис. 16). Так как толщина слоя меняется, то координата К* задается в процентном отношении по толщине от левого края слоя. В зависимости от координаты Ъ вы-считывается абсолютное значение Я. Геометрические свойства конуса задаются при помощи в и Н. С учетом принятых допущений нами была составлена программа, позволяющая оценить при каких параметрах будет улавливаться некая пороговая крупность мине-

Test_Centiifuge

Плотность (г/миА3) Приведенный диаметр (мм) Коэф, сферичности

Кинематическая вязкость жидкости (ммл2/сек)

Угловая скорость (об/мин)

Расход еоды (л/ч)

Плотность жидкости (г/мм^З)

Начальная координата Z (ми)

координата R* % от левой граница(%)

5 (мм)

Н (ми)

Alpha (град)

Calculate

Осталась в сепараторе

Рис. 17. Диалоговое окно программы для определения минимально-допустимых значений фактора разделения для извлечения частицы заданной крупности

ральных частиц полезного компонента (рис. 17).

2) С помощью установки (рис. 10) определяется оптимальное соотношение фактора разделения и давления воды во флюидизирующей системе, на основе

Р>5 Б по

Р<ЗЕср

Р=4.3 Баса

100.00 90.00 S« ¿ 80.00 | 70.00 • I 60.00 Кривая стационарности I —Кривая |

I" 40,00 J 30,00 -i 20,00 5 10,00 • 0.00 3. ) стационарности]

СО 3,50 4,00 4.50 5,00 Давление Р, Бар

Рис. 18. Различные состояния постели в зависимости от давления во флюидизирующей системе

Рис. 19. Зависимость между степенью разрыхленное™ постели и давлением в системе флюидизации (фактор разделения Ф = 30)

допущения о том, что максимально-эффективное улавливание частиц полезного компонента происходит при квазистационорном состоянии (рис. 18) постели — состоянии граничном между запрессовкой и разрушением постели. Наблюдения проводятся на конкретном минеральном сырье оптимизируемой стадии гравитационного обогащения в центробежном поле. Частота вращения установки задастся таким образом, что она соответствует паспортной частоте вращения центробежного концентратора, либо предварительно оптимизированной частоте вращения (этап 1), если есть возможность изменения таковой на центробежном концентраторе. На рис. 19 представлена зависимость между степенью разрыхленности постели и давлением в системе флюидизации, которые были получены на золото-кварцевом сырье при среднем значении Ф = 30.

В четвертой главе представлены результаты промышленного внедрения методологии оптимизации работы центробежного безнапорного концентратора с разрыхлением постели водой.

Для проведения испытаний по методике настройки центробежных концентраторов, были проведены испытания на обогатительной фабрике месторождения «Кедровское», Республика Бурятия.

Технологическая схема ЗИФ приведена на рис. 20. Объектом оптимизации был выбран центробежный сепаратор, перерабатвающий слив гидроциклона в цикле измельчения. Управляющим фактором оптимизации был принят расход воды, подаваемой на флюидизацию в центробежный сепаратор. Экспериментальным путем было установлено, что при существующих значениях расхода воды минеральная постель находилась в состоянии близком к запре-сованному. В лабораторных условиях с использованием разработанной мето-долгии оптимизации соотношения давления воды в системе флюидизации и фактора разделения было выбрано оптимальное давление воды и её расход. В результате повышения давления в системе флюидизации удалось поднять извлечение в первой стадии гравитационного обогащения на 2 %. Кривая обогатимости золота представлена на рис. 21.

По результатам расчета баланса по всему обогатительному переделу золотоизв-лекательной фабрики месторождения «Кедровское» установлено, что применение предлагаемой методики позволяет повысить эффективность работы центробежного безнапорного концентратора. По результатам технико-экономического расчета получен ожидаемый годовой эффект от внедрения результатов НИР в размере 18 млн руб./год.

РуВа - 30 им

Рис. 20. Технологическая схема гравитационного передела руды месторождения «Кедровское»

Кривая обогатимости золота

Давлони« фпюидиэации Р, Бар.

Рис. 21. Кривая обогатимости золота в центробежном концентраторе КС-СУ'О

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ современных теоретических представлений о закономерностях движения минеральных зерен в поле тяготения силы тяжести и в центробежном поле, а также изучена работа центробежных безнапорных концентраторов с различными способами разрыхления постели, что позволило выявить направления дальнейших исследований в области гравитационного обогащения в центробежном поле.

2. Спроектирована и изготовлена лабораторная установка, позволяющая изучать закономерности свободного падения минеральных части в центробежном поле, которая на сегодняшний день является единственным эффективным инструментом для измерения скоростей свободного падения минеральных зерен в центробежном поле, не имеющая аналогов в Мире.

3. Разработаны динамические аналитическая модель и компьютерная программа, численно описывающие характер движения минеральных частиц в воде при наложении центробежного поля.

4. Выявлены теоретические зависимости между центробежным ускорением (фактором разделения) и равнопадаемостью частиц в центробежном поле.

5. Научно-обосновано и предложено определение равнопадающих в центробежном поле частиц, как приходящих в заданную область, либо плоскость не зависимо от скорости их движения.

6. Спроектирована и изготовлена лабораторная установка, позволяющая изучать условия разделения минеральных частиц в центробежном поле в стесненных условиях и проводить оптимизацию реальных промышленных объектов.

7. Получена полуэмпирическая модель и корреляционная зависимость между степенью разрыхленности минеральной постели и давлением флюиди-зирующей воды при заданном факторе разделения в центробежных концентраторах.

8. Создана методология оптимизации гравитационного обогащения в центробежных безнапорных концентраторах, базирующаяся на прямых ви-зиометрических измерениях и динамических воздействиях различных факторов, влияющих на процесс разделения минеральных частиц в центробежном поле.

9. Внедрение предлагаемой методологии оптимизации гравитационного обогащения в центробежном поле на ЗИФ месторождения «Кедровское» позволило получить экономический эффект в размере 18 млн. руб. в год.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих печатных трудах:

1. Федотов К.В. Свободное падение частиц в центробежном поле / К.В. Федотов, В.В. Тютюнип // Ж: «Обогагценне руд». - 2009. - № 2. - М.: Изд. дом «Руда и металлы», 2009.

2.Федотов К.В. Обогащение в центробежных концентраторах: монография / К.В. Федотов, В.В. Тютюнин. - Иркутск: Изд-во Иркут. гос. техн. ун-та, 2008.

3. Федотов К.В. Сепарации материалов в безнапорных центробежных концентраторах / К.В. Федотов, В.В. Тютюнин // Плаксинские чтения : материалы на-уч.-практ. конф. - Апатиты, 2007.

4. Федотов К.В. Энергетические процессы в центробежной сепарации материалов и их влияние на эффективность разделения минералов / К.В. Федотов, В.В. Тютюинн // Проблемы освоения недр в 21 веке глазами молодых: материалы 4-й Междунар. науч. конф. «Школа молодых ученых и специалистов. - М., 2007.

5. Федотов П.К. Центробежные концентраторы Нельсона сегодня / П.К. Федотов, В.В. Тютюнин // Обогащение руд: сб. науч. тр. каф. ОПИиИЭ ИрГТУ. -Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007.

6. Федотов К.В. Явления классификации и сегрегации в центробежных концентраторах / К.В.Федотов, В.В. Тютюнин // Обогащение руд: сб. науч. тр.в каф. ОПИиИЭ ИрГТУ. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008.

7. Федотов К.В. Использование центробежной сепарации при комплексной переработке минералов / К.В. Федотов, А.Е. Сенченко, Ю.В. Куликов, В.В. Тютюнин // Материалы Международного конгресса по обогащению полезных ископаемых. - Пекин, 2008.

8. Федотов К.В. Моделирование процессов гравитационного обогащения / К.В. Федотов, В.В. Тютюнин // Сборник научных трудов ИрГТУ, 2009. - № 1.

9. Федотов К.В. Свободное падение частиц в центробежном поле /К.В. Федотов, В.В. Тютюнин // Инновационные процессы в технологиях комплексной, экологически безопасной переработки минерального и нетрадиционного сырья: материалы Междунар. совещ. (конф.) «Плаксинские чтения - 2009», Новосибирск, 6-10 окт. 2009 г. - Новосибирск, 2009.-С. 182-184.

Подписано к печати 14.11.09. Формат 60x9/16 Усл. П. л. 1,25. Тираж 100. Заказ № 185. Отпечатано с готовых оригинал-макетах в ООО «Фортмедия» 664003 г. Иркутск. Ул., Литвинова, 20, оф. 3-1

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Тютюнин, Веденей Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Скорость свободного падения минеральных частиц в поле силы тяжести и с наложением центробежного поля при гравитационном обогащении в центробежных безнапорных концентраторах.

1.1. Модели движения минеральных частиц при свободном падении в поле силы тяжести.

1.1.1. Квадратичный закон сопротивления Ньютона и формула Риттингера.

1.1.2. Закон сопротивления Стокса.

1.1.3. Число Рейнольдса.

1.1.4. Закон сопротивления Аллена.

1.1.5. Коэффициент сопротивления и кривая Реелея.

1.1.6. Сила сопротивления.

1.1.7. Параметр Лященко и критерий Архимеда.

1.1.8. Модели расчета скорости свободного падения минеральных зерен в поле силы тяжести и основные выводы.

1.2. Модели разделения при свободном падении в центробежном поле.

1.2.1. Модель Богдановича.

1.2.2. Модель Федотова.

1.3. Сравнение основных аналитических моделей для расчета скорости свободного падения минеральных частиц и основные выводы.

1.4. Современные обогатительные центрифуги и особенности придания подвижности постели в их рабочей области.

1.4.1. Механические центробежные безнапорные концентраторы.

Центробежные концентраторы с разрыхлением постели механическим способом при помощи ножей.

Центробежные концентраторы с разрыхлением постели вибрацией улавливающего конуса.

Центробежные концентраторы с разрыхлением постели деформациями улавливающего конуса.

1.4.2. Гидравлические центробежные безнапорные концентраторы.

Центробежные концентраторы с разрыхлением постели при помощи струй воды, подаваемых на поверхность вращающейся пульпы.

Центробежные концентраторы с разрыхлением постели водой, подаваемой с внешней стенки улавливающего конуса через отверстия в нем.

1.4.3. Пневматическиее центробежные безнапорные концентраторы.

Центробежные концентраторы с разрыхлением постели водой и воздухом, подаваемыми с внешней стенки улавливающего конуса через отверстия в нем.

1.4.4. Комбинированные центробежные безнапорные концентраторы.

Центробежные концентраторы с горизонтальной осью вращения и разрыхлением постели при помощи воды, подаваемой с внешней стороны конуса через отверстия в нем и горизонтального положения конуса.

ГЛАВА 2. Численная модель расчета скорости свободного падения минеральных частиц в центробежном поле и лабораторная установка для экспериментального определения скорости свободного падения минеральных частиц в центробежном поле.

2.1. Описание лабораторной установки для определения скорости свободного падения минеральных частиц в центробежном поле.

2.2. Постановка эксперимента.

2.3. Численная модель расчета падения частиц в центробежном поле.

2.3.1. Силы, действующие на частицу в центробежном поле.

2.3.2. Анализ моделей сил сопротивления.

2.4. Численная модель.

2.4.1. Присоединенная масса.

2.4.2. Порядок расчета.

2.4.3. Начальное положение минеральной частицы в центробежном поле.

2.4.4. Визуализация итерационного процесса.

2.5. Определение равнопадающих частиц в центробежном поле.

2.6. Сравнение с другими моделями и основные выводы.

ГЛАВА 3. Методология оптимизации гравитационного обогащения в центробежном поле.

3.1 Экспериментальная установка для изучения особенностей разделения минеральных частиц в центробежном поле в стесненных условиях.

3.2. Методология оптимизации гравитационного обогащения в центробежном поле.

3.3. Сравнение с другими методологиями оптимизации центробежного обогащения и

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Динамика минеральных частиц в центробежном поле при гравитационном обогащении"

Любое направление, входящее в комплекс наук об обогащении полезных ископаемых, прежде всего, нацелено на разработку теоретических основ процессов разделения минералов и условий разделения в продуктах обогащения с целью повышения селективности и скорости разделения, его эффективности и экономичности, экологической безопасности. Разнообразие свойств частиц и их форм, слагающих минералы, а также изменение концентрации дисперсных включений в широком диапазоне приводят к реализации многочисленных механизмов их разделения при гравитационном обогащении руд.

В связи с увеличением в последние годы ресурсопотребления, истощение минеральных ресурсов является одной из важнейших проблем в России, даже несмотря на значительные запасы полезных ископаемых. Использование неэффективных ресурсосберегающих технологий приводит к большим потерям полезных ископаемых при добыче и обогащении сырья, а иногда и невозможности отработки месторождения ввиду сложного морфологического состава руд и тонкой вкрапленности полезных компонентов.

За последние 30 лет содержание цветных металлов в рудах снизилось в 1,3-1,5 раза, железа в 1,25 раза, золота в 1,2 раза, притом, что запасы россыпного золота практически полностью исчерпаны, а доля труднообогатимых руд и угля возросла с 15 до 40 % общей массы сырья, поступающего на обогащение. Вещественный состав руд, поступающих на обогащение, характеризуется тонкозернистой структурой, а иногда и субмикроскопическими формами взаимосвязи слагающих минералов, сходством технологических свойств минералов.

В связи со сложившейся ситуацией возникла острая необходимость в совершенствовании традиционных, а также в развитии принципиально новых способов обогащения, позволяющих перерабатывать руды тонкой вкрапленности и сложного состава.

Одним из дешевых методов переработки минерального сырья является гравитационный. Гравитационными методами можно обогащать руды и материалы широкого диапазона крупности - от 500-600 мм (тяжелосредное разделение) до 0,001 мм (центробежная сепарация).

В настоящее время одним из перспективных способов интенсификации гравитационного обогащения является центробежная безнапорная сепарация. Необходимость повышения эффективности данного направления связана с переходом горной промышленности на экологически чистые технологии разделения минералов, ростом стоимости флотационных реагентов и, наконец, с определенными успехами в создании центробежных аппаратов, позволяющих успешно обогащать шламистые и тонкоизмельченные руды. Вместе с тем, теоретические аспекты разделения частиц в центробежных полях изучены не достаточно полно.

К настоящему времени накоплен обширный по объему и разнообразный по содержанию теоретический и экспериментальный материал, посвященный различным вопросам динамики движения зерен в среде, гидродинамики среды при гравитационном обогащении руд. Тем не менее, несмотря на определенные успехи исследователей в изучении особенностей разделения минеральных частиц в центробежном поле при гравитационном обогащении и большое количество публикаций по данной тематике, данные физических экспериментов носят отрывочный и противоречивый характер, а физические представления о движении минеральных частиц в центробежном поле и попытки создания 7 математических моделей описывающих процесс движения минеральных частиц в центробежном поле требуют уточнения.

Высокоскоростной турбулентный режим течения пульпы в аппаратах гравитационного обогащения сложен в описании, поскольку математическое моделирование турбулентности отсутствует, а имеющиеся полуэмпирические модели турбулентности несовершенны и пригодны для моделирования узкого класса течений. Присутствие частиц дисперсной фазы осложняет картину течения, приводя к необходимости моделирования вовлечения частиц в пульсационное движение несущего потока и учета обратного влияния дисперсной фазы на структуру турбулентности. Хотя перечисленные причины в существенной степени сдерживают развитие механики турбулентных течений минеральных пульп, имеется существенный прогресс в этом направлении, связанный с развитием современных подходов к моделированию турбулентности, в частности, методов прямого численного моделирования и моделирования крупных вихрей, а также стохастических лагранжевых моделей движения примеси.

В данной работе речь пойдет о моделировании движения минеральных частиц в центробежном поле в неподвижном объеме жидкости, что по сути является первым шагом на пути физико-математического моделирования разделения смеси минеральных частиц в турбулентных потоках аппаратов для гравитационного обогащения в центробежном поле.

Благодаря трудам таких ученых как П.Р. Риттингер, Р.Х. Ричарде, П.В. Лященко, А. Таггарт, И.М. Верховский, Н.Н. Виноградов, А.Г. Лопатин, В.Н. Шохин, Г.Д. Краснов, Б.В. Кизевальтер, А.В. Богданович, Д.В. Шехирев, К.В. Федотов, М.Я. Антонычев, Ф.И. Нагирняк, В.И. Соколов, А.И. Поваров, Е.М. Гольдин и многих других, создана современная научная база гравитационного обогащения.

Актуальность работы

Разделение минералов в центробежном поле при гравитационном обогащении уже на протяжении многих десятков лет остается ведущей технологией при переработке минерального и техногенного сырья. Высокая интенсивность центробежного ускорения современных центрифуг позволяет извлекать частицы крупностью менее десяти микрометров. Недостаточная изученность закономерностей разделения минеральных частиц в центробежном поле заставляет производственников оптимизировать центробежное обогащение преимущественно практическим путем. Проблема создания достоверных физических и численных моделей динамики минеральных частиц в центробежном поле имеет как фундаментальный интерес (понимание причин того или иного поведения минеральных частиц, визуализация движения минеральных частиц и течений в центробежном поле), так и большое практическое значение, связанное с развитием новой техники для гравитационного обогащения полезных ископаемых. Так как скорость свободного падения частицы в среде — это базовый параметр, по которому производится расчет гравитационных процессов и аппаратов, то особый интерес представляет её изучение в центробежном поле. Прогнозирование результатов обогащения минералов в центробежном поле, с использованием компьютерного моделирования скорости свободного падения минеральных частиц в центробежном поле, позволяет производить оптимизацию гравитационных процессов и повышать их эффективность.

Цель работы - оптимизация гравитационного процесса обогащения в центробежных безнапорных концентраторах.

Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Анализ моделей расчета скоростей свободного падения минеральных частиц в поле силы тяжести и при наложении центробежного поля.

2. Экспериментальное определение скоростей свободного падения минеральных частиц различной крупности и плотности в воде при наложении центробежного поля.

3. Построение численной модели процесса свободного падения минеральных частиц в центробежном поле.

4. Разработка компьютерной программы с графическим интерфейсом, позволяющей в реальном времени изменять различные параметры модели и изучать их влияние на поведение минеральной частицы с целью определения оптимального фактора разделения для данной крупности и плотности частицы в центробежном безнапорном концентраторе.

5. Разработка лабораторного оборудования и методологии, позволяющих определять оптимальное соотношение фактора разделения и расхода флюидизирующей воды в центробежных безнапорных концентраторах с разрыхлением постели водой, подаваемой с внешней стороны конуса через отверстия в нем.

6. Проведение промышленной проверки полученных алгоритмов и параметров оптимизации в технологических схемах гравитационного обогащения руд.

Идея работы

На основе расчета скоростей свободного падения минеральных частиц в центробежном поле оптимизировать процесс их разделения.

Научная новизна

1. Разработана аналитическая модель, численно описывающая характер движения минеральных частиц в воде при наложении центробежного поля.

2. Установлены теоретические зависимости между центробежным ускорением (фактором разделения) и равнопадаемостью частиц в центробежном поле. Предложено определение равнопадающих в центробежном поле частиц.

3. Теоретически обоснована и выявлена корреляционная зависимость между степенью разрыхленности минеральной постели и давлением флюидизирующей воды в центробежных концентраторах с разрыхлением постели водой, подаваемой против направления действия центробежного поля через отверстия в стенках конуса.

4. Разработаны основы методологии оптимизации гравитационного обогащения в центробежном поле.

Практическая значимость и реализация результатов

Разработанная методология оптимизации гравитационного обогащения в центробежных сепараторах с разрыхлением постели водой, подаваемой с внешней стороны конуса через отверстия в нем, прошла промышленные испытания в технологической схеме обогащения руд месторождения «Кедровское». Получен реальный экономический эффект от внедрения данной методологии.

Методы исследований

В работе использованы: визиометрический анализ движения минеральных зерен в воде и пульпе, компьютерная графика, методы математического моделирования и статистики, лабораторные и полупромышленные исследования на обогатимость.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается представительным объемом экспериментальных данных и удовлетворительной сходимостью результатов исследований различными методами при уровне значимости 5%.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Аналитическая модель и методика численного расчета скоростей и траекторий движения минеральных частиц в центробежном поле.

2. Новое определение равнопадающих в центробежном поле частиц, закономерности их распределения в центробежном поле.

3. Зависимость между степенью разрыхленности минеральной постели и давлением флюидизирующей воды в центробежных безнапорных концентраторах.

4. Методология оптимизации гравитационного обогащения в центробежных безнапорных концентраторах.

Апробация работы

Результаты исследований, приведенные в диссертационной работе, докладывались на Международном совещании «Плаксинские чтения», г. Апатиты, 2007 г., г. Владивосток, 2008 г., г. Новосибирск 2009 г.; Международной школе молодых ученых, г. Москва, ИПКОН РАН, 2007 г.; 24-м Международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых, г. Пекин, 2008 г.; в Институте проблем комплексного освоения минерального сырья РАН, г. Москва, 2008 г.; в Государственном технологическом университете «Московский институт стали и сплавов», г. Москва, 2008 г, 2009 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 1 работа в изданиях ВАК, одна монография.

Структура работы и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, приложений. Диссертация содержит 104 страницы машинописного текста, 33 рисунков, 2 таблиц, библиографии из 95 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Тютюнин, Веденей Викторович

Заключение

В настоящей диссертационной работе предложено новое решение актуальной задачи в области оптимизации гравитационного обогащения, рассмотрены теоретические основы процесса центробежной сепарации минеральных частиц, рассмотрена численная модель и приведены результаты численного моделирования движения минеральных частиц в центробежном поле, представлены новые методологические подходы по выбору оптимальных режимов сепарации в центробежных безнапорных концентраторах с разрыхлением постели водой, подаваемой через отверстия в стенках конуса против направления действия центробежной силы. Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Проведен анализ современных теоретических представлений о закономерностях движения минеральных зерен в поле тяготения силы тяжести и в центробежном поле, а также изучена работа центробежных безнапорных концентраторов с различными способами разрыхления постели, что позволило выявить направления дальнейших исследований в области гравитационного обогащения в центробежном поле.

2. Спроектирована и изготовлена лабораторная установка, позволяющая изучать закономерности свободного падения минеральных части в центробежном поле, которая на сегодняшний день является единственным эффективным инструментом для измерения скоростей свободного падения минеральных зерен в центробежном поле, не имеющая аналогов в Мире.

3. Разработаны динамические аналитическая модель и компьютерная программа, численно описывающие характер движения минеральных частиц в воде при наложении центробежного поля.

4. Выявлены теоретические зависимости между центробежным ускорением (фактором разделения) и равнопадаемостью частиц в центробежном поле.

5. Научно-обосновано и предложено определение равнопадающих в центробежном поле частиц, как приходящих в заданную область, либо плоскость не зависимо от скорости их движения.

6. Спроектирована и изготовлена лабораторная установка, позволяющая изучать условия разделения минеральных частиц в центробежном поле в стесненных условиях и проводить оптимизацию реальных промышленных объектов.

7. Получена полуэмпирическая модель и корреляционная зависимость между степенью разрыхленности минеральной постели и давлением флюидизирующей воды при заданном факторе разделения в центробежных концентраторах.

8. Создана методология оптимизации гравитационного обогащения в центробежных безнапорных концентраторах, базирующаяся на прямых визиометрических измерениях и динамических воздействиях различных факторов, влияющих на процесс разделения минеральных частиц в центробежном поле.

9. Внедрение предлагаемой методологии оптимизации гравитационного обогащения в центробежном поле на ЗИФ месторождения «Кедровское» позволило получить экономический эффект в размере 18 млн руб. в год.

P.S. Численное моделирование динамики движения минеральных зерен в центробежном поле является лишь только первым шагом на пути дальнейших исследований в области центробежного разделения минеральных частиц. Возможности гравитации велики и безграничны [66]. С учетом того, что сейчас обогатителям приходиться иметь дело с минералами крупность менее 40 микрометров, не далек и тот момент, когда эта крупность

93 опустится ниже 1 микрометра. К тому времени, ученым в области обогащения полезных ископаемых необходимо разработать такие технологии и такие аппараты, которые позволят с высокой эффективностью осуществлять обогащение материала вплоть до наноразмерной крупности. Считаем, что необходимо продолжить дальнейшее изучение фундаментальных закономерностей разделения минеральных частиц в центробежном поле.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Тютюнин, Веденей Викторович, Иркутск

1. Антонычев М. Я., Нагирняк Ф. И. Аналитические и экспериментальные исследования поведения минеральных зерен в процессах классификации в водной среде, Тр. Ин-та Уралмеханобр. Вып. 15. -1969, С. 188-211.

2. Батчелор Д. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973.

3. Берт Р. О. Технология гравитационного обогащения: Пер. с англ. М.: Недра, 1990.-574 с.

4. Благов И. Ф., Коткин А. М., Фоменко Т. Г. Гравитационные процессы обогащения (теоретические основы) М., 1962.-420 с.

5. Блехман И. И. Что может вибрация?:0 "вибрационной механике" и вибрационной технике М.,1988.-207с

6. Богданович А. В. Теоретические основы и методы повышения эффективности разделения при гравитационном обогащении руд: Дисс. д-ра. тех. наук — Спб., 2002.

7. Богданович А. В. Васильев А. М. Сегрегация частиц в ходе гравитационного обогащения тонкозернистых руд и материалов. — Пекин.: Сб. тр. 24 IMPC, 2008.

8. Богданович А. В. Ткаченко М. И. Извлечение попутного золота при обогащении руд. Ж: «Горный журнал», специальный выпуск, 2008 С. 45.

9. Богданович А. В. Интенсификация процессов гравитационного обогащения в центробежных полях. Ж: «Обогащение руд». - № 1-2 -1999, - С. 33- 35.

10. Ю.Богданович А. В. Разделение минеральных частиц в центробежных полях — обогатительная технология будущего. Ж: «Обогащение руд», 1997, №2-С. 24.

11. П.Богданович А. В. Васильев А. М. Исследование работы гравитационных сепараторов для обогащения тонкозернистых материалов. Ж: «Обогащение руд». - № 1 - 2005, - С 12- 15.

12. Богданович А. В. Зарогатский JI. П. Коровников А. Н. Современное оборудование и технологии высокоэффективного извлечения тонкодисперсного золота из россыпных, рудных и техногенных видов сырья. — Ж: «Обогащение руд». №4 - 1999, - С. 7-9.

13. Богданович А. В. Петров С. В. Сравнительные испытания центробежных концентраторов различных типов. — Ж: «Обогащение руд». № 3 - 2001, - С 38- 41.

14. Богданович А. В, Коган Д. И. Некоторые закономерности разделения минеральных частиц в центробежном поле. Иркутск: Иргиредмет, 1995.-С. 18-24.

15. Брагин В. Г. Вебер Г. Э. Осаждение частиц в рабочей зоне центробежных сепараторов. — Ж: «Горный журнал» №1 - 2000, - С.97-99.

16. Верхотуров М. В. Гравитационные методы обогащения: учеб. для ВУЗов М.: МАКС Пресс, 2006.-352 с.

17. Водовозов К. А. Закономерности разделения минералов методом центробежной концентрации. Горный информационно-аналитический бюллетень №5, 2008 - С. 356-358.

18. Волков К. Н. Емельянов В. Н. Течение газа с частицами М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 600 с.

19. Горная энциклопедия, том 4.-М.: Советская энциклопедия, 1989.

20. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / РАН, АГН, РАЕН, МИА; Под ред. К.Н. Трубецкого. М.: Изд-во Академии горных наук, 1997.-478 с.

21. Глембоцкая Т. В. Вохникновение и развитие гравитационных методов обогащения полезных ископаемых. М: Наука, 1991 - 256 с.

22. Детлаф А. А. Яворский Б. М. Курс физики: учеб. пособие для втузов. — М.:Высш.шк., 1989-608 с.

23. Джордж А. Численное решение больших разреженных систем уравнений. М.: Мир, 1984. - 410 с.24.3абродский С. С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое.-М.-Л.:Госэнергоиздат, 1969.-320 с.

24. Замятин О. В. Лопатин А. Г. Санникова Н. П. Чугунов А. Д. Обогащение золотосодержащих песков и концентратов. — М: Наука, 1986.-368 с.

25. Иванов В. Д. Прокопьев С. А Винтовые аппараты для обогащения руд и песков в России. Иркутск, 1998.

26. Кизевальтер Б. В. Теоретические основы гравитационных процессов обогащения М.: Недра, 1979 - 295 с.

27. Кравцов Е. Д. Новый тип центробежных концентраторов. Ж: «Обогащение руд» - №3 - 2001, - С 31-33.

28. Краснов А. А. Динамика центробежного обогатительного конуса с принудительной деформацией эластичной стенкой. ЖЮбогащение руд №3,2001 -34 с.

29. Ламб Г. Гидродинамика. М.: Гостехиздат, 1974. - 620 с.

30. Леонов С. Б. Петров А. В. Имитационное моделирование технологических процессов обогащения полезных ископаемых. — Иркутск: Издательство Иркутского государственного технического университет, 1996 — 242 с.

31. Леонов С. Б. Федотов К. В. Расчет скорости движения минеральной частицы в двухфазном потоке центробежного аппарата. // II конгресс обогатителей стран СНГ. Москва, 1999. — С. 69.

32. Лукъяненко В. М., Таранец А. В. Центрифуги. М.: Химия, 1988.-260 с.

33. Лева М. Псевдоожижение. М: Гостоптехиздат, 1961. - 315 с.

34. Лопатин А. Г. Центробежное обогащение руд и песков. М.: Недра, 1987.-224 с.

35. Лопатин А. Г. Применение короткоконусных гидроциклонов в качестве высокопроизводительных гравитационных аппаратов для обогащения руд и песков. // М.:Цветная металлургия. 1967. - №21. -С. 90-111.

36. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987.

37. Лященко П. В. Гравитационные методы обогащения. М. — Л.: Гостоптехиздат, 1940.

38. Максимов Р. Н. Центробежно-вибрационный сепаратор. — Ж: «Известия вузов. Горный журнал», № 5. - 2003, - С.86-88.

39. Макуров Л. 3. Исследование центробежной сепарации полезных ископаемых в сепараторах с высоким критерием разделения. // Диссертация на соискание ученой степени д.т.н., М. 1971.

40. Маньков В. М., Лопатин А. Г. Применение центробежных аппаратов для извлечения мелкого золота из песков россыпных месторождений. // М.: Цветные Металлы. 1985. - № 8. - с. 116-117

41. Меринов Н. Ф. Закономерности движения минеральныйх зерен в центробежном поле. Ж: «Обогащение руд» - №5 - 2005, - С. 21-23

42. Назаров В. И. Пыравко Н. Н. Модульная золотоизвлекательная фабрика на месторождении Кедровское. Ж: «Минеральные ресурсы России» специальный выпуск, сентябрь — 2009.

43. Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. М.: Мир, 1976.-380с.

44. Патент Ru 2 321 461 С // Способ центробежной сепарации.

45. Потемкин А. А. Компания Knelson concentrators — мировой лидер в производстве гравитационных центробежных сепараторов. — М: Горный Журнал 5, 1998. - С 77-84.98

46. Пейре Р., Тейлор Т. Д. Вычислительные методы в задачах механики жидкости. JL: Гидрометеоиздат, 1986. - 240 с.

47. Проект переработки лежалых хвостов «Джидинского ВМК» — Научно-исследовательский и проектный институт «ТОМС», г. Иркутск, 1998 г.

48. Проект «Бадранской ЗИУ» — Научно-исследовательский и проектный институт «ТОМС», г. Иркутск, 2003 г.

49. Проект «Нерундинской ЗИФ» — Научно-исследовательский и проектный институт «ТОМС», г. Иркутск, 2005 г.

50. Проект «Тарданской ЗИФ» Научно-исследовательский и проектный институт «ТОМС», г. Иркутск, 2006 г.

51. Розенбаум Р. Б., Тодес О. М. Стесненное падение шара в цилиндрической трубке. ДАН СССР, т. 115, № 3, 1957, с. 504-507.

52. Рубинштейн Ю. Б. Волков JI. А. Математические методы в обогащении полезных ископаемых М.:Недра, 1987-296с.

53. Рундквист В. А. Гравитационные методы обогащения. // Сборник научно-исследовательских работ, Выпуск № 88 М: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1953. - 131 с.

54. Самылин Н. А. Золотко А. А. Починок В. В. Отсадка М.: Недра, 1976 - 320 с.

55. Седов JI. И. Механика сплошной среды: в 2-х томах. М.:Наука, 1970.

56. Справочник по обогащению руд Основные процессы, том 2. - М: Недра, 1974.

57. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов. М.: Мир, 1977.-410 с.

58. Темам Р. Уравнения Навье-Стокса. Теория и численный анализ. — М.: Мир, 1981.

59. Тихонов О. Н. Закономерности эффективного разделения минералов в процессах обогащения полезных ископаемых. М: Недра, 1984 — 208с.

60. Трофимова Т. И. Физика, М.: Наука, 2001, 706 с.99

61. Тютюнин В. В. Рудник Лоулерс Материалы конференции «Баррик», Перт, Австралия, 2006 — 36 с.

62. Федотов К. В. Белобородов В. И., Леонов С. Б. Извлечение золота при помощи центробежного концентратора. // XX Международный конгресс по обогащению полезных ископаемых. Германия, Аахен, 1997.-т.2, с. 551-560.

63. Федотов К. В. Романченко А. А. Механизм сепарации золотосодержащего минерального сырья в безнапорном центробежном сепараторе. Ж: «Минеральные ресурсы России» специальный выпуск, сентябрь-2009.

64. Федотов К. В. Романченко А. А. Применение центробежных сепараторов для переработки золотосодержащих отвалов. // Сборник «Экотехнология, 96». Иркутск, 1996. - С. 55-56.

65. Федотов К. В. Сенченко А. Е. Романченко А. А. Рабочий проект модульной золото-извлекательной фабрики для переработки руд месторождения «Кедровское», г. Иркутск, 1996 — 360 с.

66. Федотов К. В. Теория и практика обогащения золотосодержащего сырья в центробежных концентраторах. // Диссертация на соискание ученой степени докт. тех. Наук, г. Иркутск, 2000.

67. Федотов К. В., Тютюнин В. В. Энергетические процессы в центробежной сепарации материалов. Сборник материалов Неделя горняка - 2007.

68. Федотов К. В. Тютюнин В. В. Сепарация минералов в безнапорных центробежных концентраторах Сборник трудов «Плаксинские чтения», г. Апатиты, 2007.

69. Федотов К. В. Тютюнин В. В. Энергетические процессы в центробежной сепарации материалов. — Школа молодых ученых, ИПКОН РАН, г. Москва, 2007.

70. Федотов К. В. Тютюнин В. В.Явления классификации и сегрегации в центробежных безнапорных сепараторах. Сб. научн. тр. каф. ОПИиИЭ ИрГТУ, Иркутск, 2008.

71. Федотов К. В. Тютюнин В. В. Свободное падение частиц в центробежном поле. Ж: «Обогащение руд» № 2 2009.

72. Федотов К. В. Тютюнин В. В. Моделирование процессов гравитационного обогащения. Вестник ИрГТУ № 1 — 2009.

73. Федотов П. К. Тютюнин В. В. Центробежные концентраторы нельсона сегодня. Сб. научн. Тр. Каф. ОПИиИЭ ИрГТУ, 2007

74. Финни Д. Введение в теорию планирования экспириментов. — М: Наука, главная редакция физико-математической литературы, 1970 -288 с.

75. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: в 2-х. томах. М. Мир, 1991.

76. Флетчер К. Численные методы на основе метода Галеркина. М.: Мир, 1988.

77. Царьков В. А. Опыт работы золотоизвлекательных предприятий мира. М: Руда и металлы, 2004 - 112 с.

78. Центробежно-гравитационное обогащение углей. // Сб. статей ИОТТ. -М.: 1972.-150 с.

79. Чантурия В. А. Прогрессивные технологии комплексной переработки минерального сырья. М: Руда и металлы, 2008 - 283 с.

80. Шехирев Д. В. Расчет скорости стесненного падения равнопадающих зерен. Ж: Обогащение руд, № 1-2, 1999 - 39 с.

81. Шифрин К. С. Универсальная формула для скорости падения шара в жидкости. // М.: Машиностроение, 1980. С. 24-28.

82. Шкадов В. Я., Запрянов 3. Д. Течение вязкой жтдкости. М.: МГУ, 1984.

83. Шмыглевский Ю. Д. О закрученных течениях идеальной и вязкой жидкости. // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. т. 37(9). - 1993. — с. 1122-1137

84. Щукин В.К.Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. -М.Машиностроение, 1980.

85. Щербакова JI. М. Павденко П. Н. Анализ производственно-хозяйственной и финансовой деятельности горных предприятий. — Иркутск: Издательство Иркутского государственного технического университета, 2000 — 118 с.

86. Щиголев Б. М. Математическая обработка наблюдений. М: Наука, -344 с.

87. Шохин В. Н., Лопатин А. Г. Гравитационные методы обогащения — М.: Недра, 1980.-380 с.

88. ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ учебник физики: Учебное пособие в 3-х т./ Под ред. Г. С. Ландсберга. Т. 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика. — Репринт. 10 изд. Перераб. М.: «Шрайк». «В. Роджер», 1995 - 608 е., илл.

89. Ясюкевич С. М. Обогащение руд. М: Металлургиздат, 1947 г.

90. Allen U. S. On the motion of a sphere in a viscous fluid. Phil. Mag. And Journ of Science., v.50, 1900, p.323-345.93. http://slovorus.ru/94. http://www.pco.de/95. http://www.concentrators.net