Исследование закономерностей распределения характеристик рентгеновской люминесценции алмазосодержащего сырья

Макалин, Игорь Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Исследование закономерностей распределения характеристик рентгеновской люминесценции алмазосодержащего сырья
ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Исследование закономерностей распределения характеристик рентгеновской люминесценции алмазосодержащего сырья"

На правах рукописи

МАКАЛИН ИГОРЬ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЕНТГЕНОВСКОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 7 СЖТ 2013

Екатеринбург - 2013

005535077

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», Якутском научно-исследовательском и проектном институте алмазодобывающей промышленности «Якутнипроалмаз», г. Мирный

Научный руководитель - Монастырский Виталий Фёдорович,

доктор технических наук, профессор, Политехнический институт (филиал) ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова» в г. Мирном, профессор кафедры горного и нефтегазового дела

Официальные оппоненты: Сайтов В иль Ирхужеевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный

горный университет», профессор кафедры горных машин и комплексов Шихов Николай Владимирович, кандидат технических наук, ОАО Научно-исследовательский и проектный институт обогащения и механической обработки полезных ископаемых «Уралмеханобр», главный научный сотрудник

Ведущая организация - Институт материаловедения и металлургии при

ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого . Президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится «/I » м&лЗ^ик 2013 г. в 14.00 часов в аудитории 2142 на заседании диссертационного совета Д 212.280.02, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», по адресу: г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, 2-й учебный корпус.

С диссертационной работой можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан «23 » 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

доктор технических наук Багазеев В. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сырьевая база алмазодобычи в мире ограничена, качество её ухудшается, основные объёмы легкодоступных и богатых запасов на известных месторождениях уже близки к исчерпанию. Резко расширяются масштабы разработки запасов подземной добычи, что, в свою очередь, ведёт к повышению себестоимости алмазов и необходимости постоянного совершенствования технологий и оборудования в процессах рудоподготовки и обогащения алмазосодержащего сырья.

Выбор технологии обогащения зависит от вещественного состава алмазосодержащего сырья, контрастности механических, физических и физико-химических свойств ценного компонента и вмещающих пород, крупности алмазов и содержания полезного компонента в общем объёме добываемой руды. В настоящее время эффективно применяются рентгенолюминесцентный, гравитационный, флотационный и адгезионный методы обогащения. Опытом обогащения алмазосодержащей руды крупностью -50+6 мм и доводкой гравитационных концентратов класса крупности -6+1 мм подтверждено, что одним из наиболее экономически целесообразных методов является рентгенолюминесцентная сепарация.

В последнее время наметились пути создания рентгенолюминесцентных сепараторов нового уровня надёжности, работоспособности и эффективности. Разработка, экспериментальная и промышленная проверка сепараторов для различных условий эксплуатации производятся с использованием современных средств и методик. Однако перед использованием рентгенолюминесцентных сепараторов последнего поколения в процессах обогащения и доводки алмазосодержащих продуктов необходимо выбрать алгоритмы разделения, оптимальные параметры настройки сепараторов и режимы их работы.

Исходя из вышесказанного, исследование рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов для научного обоснования алгоритма принятия решения о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья является актуальной задачей, имеющей важное отраслевое значение.

Объектом исследований являются рентгенолюминесцентные сепараторы для обогащения алмазоносной руды, содержащей сопутствующие люминес-цирующие минералы и слаболюминесцирующие алмазы.

Предметом исследований являются характеристики люминесценции алмазов и сопутствующих минералов месторождений Западного региона Якутии и месторождения им. М.В. Ломоносова.

Идея работы заключается в использовании закономерностей распределения характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов в условиях предприятий компании «АЛРОСА» для интенсификации процесса рентгенолюминесцентной сепарации.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности извлечения алмазов и селективности процесса рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья на основе закономерностей

распределения характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов.

Задачи исследований:

1. Исследовать закономерности изменения характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов в зависимости от особенностей состава и свойств руды различных месторождений;

2. Обосновать признаки разделения рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья, позволяющие установить пределы эффективной работы рентгенолюминесцентных сепараторов;

3. Разработать методику определения параметров настройки рентгенолюминесцентных сепараторов и мероприятия по повышению эффективности их работы на обогатительных фабриках;

4. Выполнить экспериментальные исследования работы рентгенолюминесцентных сепараторов в промышленных условиях предприятий компании «АЛРОСА».

Методы исследований:

1. Экспериментальный, включающий формирование в лабораторных и промышленных условиях статистических оценок характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов различных месторождений;

2. Метод математической статистики и компьютерной обработки эмпирических данных;

3. Обобщение и анализ результатов исследований интенсивности люминесценции минералов, а также селективных критериев разделения рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья.

Защищаемые научные положения:

1. Кривые распределений рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов, определённые с применением критериев нормированной автокорреляционной функции (свёртка), отношения компонент, интенсивности сигнала люминесценции и времени его затухания, пересекаются в точках, в которых значение параметров соответствующего критерия указывает на минимальный выход сопутствующих минералов в концентрат, но наблюдаются значительные потери алмазов;

2. Наиболее эффективным из алгоритмов принятия решений о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья является свёртка сигнала люминесценции, значение которой для руд различных месторождений соответствует 0,15+0,05;

3. Работа сепараторов в селективном режиме позволяет повысить чувствительность рентген-оптической системы не менее чем в 2 раза при одновременном сокращении сопутствующих минералов по сравнению с пороговым режимом, что приводит к дополнительному извлечению слаболюминесцирующих алмазов.

Научная новизна полученных результатов:

1. Впервые на базе выполненных исследований и результатов обработки экспериментальных данных научно обоснован алгоритм принятия решения о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации

алмазосодержащего сырья по свёртке сигнала люминесценции, при котором достигаются высокие технологические показатели;

2. Оценена эффективность оптимизации параметров настройки аналого-цифрового блока регистрации, что подтверждается результатами промышленных испытаний рентгенолюминесцентных сепараторов в селективном режиме работы при разделении слаболюминесцирующих алмазов на фоне ярколгоминесцирующих минералов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждаются большим объёмом экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных и промышленных испытаний с результатами статистических исследований, представительными выборками значений характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов.

Практическая значимость работы:

1. Разработаны «Методика отбора технологической коллекции алмазов», «Методика проведения промышленных испытаний сепараторов в селективном режиме». Методики используются лабораторией радиометрической сепарации института «Якутнипроалмаз» при проведении испытаний на обогатительных фабриках Айхальского, Мирнинского, Удачнинского горно-обогатительных комбинатов;

2. Разработаны и переданы на обогатительные фабрики компании «АЛРОСА» рекомендации, обеспечивающие повышение эффективности извлечения алмазов и селективности процесса рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья за счёт оптимальных параметров настройки аналого-цифрового блока регистрации сепараторов в селективном режиме работы, включающие порученные в работе графики распределений интенсивности люминесценции, свёртки сигнала люминесценции, отношения суммы быстрой компоненты и медленной компоненты разгорания люминесценции за вычетом, люминесценции воздуха к медленной компоненте затухания люминесценции, постоянной времени затухания люминесценции алмазов и сопутствующих минералов.

Реализация результатов работы. Разработанные рекомендации по выбору оптимальных параметров аналого-цифрового блока регистрации рентгенолюминесцентных сепараторов приняты к внедрению на фабрике №14 компании «АЛРОСА» с экономическим эффектом 10 023,1 тыс. руб. в год.

Апробация результатов диссертационной работы.

2007 г.), 1-й Всероссийской научно-практической конференции «Молодёжь и научно-технический прогресс в современном мире» (г. Мирный, 2009 г.), Международной научно-технической конференции «Неделя горняка» (г.Днепропетровск, 2011г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы и пути эффективной отработки алмазоносных месторождений» (г. Мирный, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, из них 5 статей в рецензируемых научных журналах, определённых ВАК РФ.

Вклад автора состоит в определении цели, идеи работы, постановке задач исследования, в проведении исследований характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов в лабораторных условиях, в математической обработке, анализе и обобщении полученных результатов, в обосновании научных положений, выводов и рекомендаций, в установлении закономерностей изменения значений критериев разделения рентгено-люминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья, в проведении промышленных испытаний рентгенолюминесцентных сепараторов, в разработке методик и мероприятий по повышению эффективности работы сепараторов в селективном режиме на обогатительных фабриках компании «AJIPOCA».

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников из 102 наименований и содержит 140 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 13 таблиц, 9 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель и идея исследований, представлены защищаемые 'научные положения, изложены научная новизна и практическое значение работы.

В первой главе приведены опыт эксплуатации радиометрических сепараторов и оценка эффективности их работы на горных предприятиях.

Существенный вклад в развитие техники и технологии обогащения минерального сырья внесли работы, которые выполнялись в Московском государственном горном университете, Санкт-Петербургском государственном горном университете им. Г.В. Плеханова, Уральском государственном горном университете, Иркутском государственном техническом университете, СевероВосточном федеральном университете им. М.К. Аммосова, Национальном горном университете Украины, институтах: Иргиредмет, Механобр, Якутнипроалмаз, а также на предприятиях: Буревестник (Россия), РАДОС (Россия), SVEDALA (Швеция), Bateman (ЮАР), Metso Minerals (Финляндия) и др. Известность получили работы И.Н. Плаксина, В.А. Чантурия, В.И. Кармазина, В.М Авдохина, Л.А. Вайсберга, A.A. Абрамова, В.В. Кармазина, М.Н. Злобина, В.В. Морозова, В.Ф. Монастырского, В.В. Новикова, А.И. Левитина, E.H. Владимирова, Л.В. Казакова, В.А. Мокроусова, В.А. Лилеева, C.B. Терещенко, В.З. Козина, Е.Ф. Цыпина, Ю.П. Морозова, B.C. Шемякина,

Ю.О. Фёдорова, A.M. Волкова, Е.М. Шлюфмана, В.П. Миронова, А.Ф. Тирмяева и др.

В отечественной и зарубежной практике широко используются сепараторы, у которых в качестве разделительного признака используется интенсивность люминесценции алмазов. Выполнен анализ научных исследований в области рентгенолюминесцентного метода обогащения. Сформулированы основные задачи научного обоснования алгоритмов разделения рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья и исследования закономерностей изменения характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов в зависимости от особенностей месторождений.

Во второй главе приведены классификация и алгоритм выбора идентификационных признаков рентгенолюминесцентного метода разделения минералов, изложены основные положения методик сбора информации, обработки данных экспериментов, анализа и обобщения полученных результатов. Методики предусматривают получение исходных данных как измерением характеристик люминесценции минералов алмазосодержащих руд и песков различных месторождений, так и по статистическим характеристикам полученной информации (математическое ожидание, дисперсия, функции и распределения характеристик люминесценции минералов: интенсивность, свёртка, отношение компонент, постоянная времени затухания люминесценции).

Преобразование выборок характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов в выборки критериев разделения алмазосодержащего сырья выполнялось в следующей последовательности:

- выборка критерия разделения алмазосодержащего сырья по амплитуде люминесценции через заданное время после возбуждающего импульса принимается без изменения. Для сравнительного анализа эффективности работы сепараторов в различных условиях эксплуатации применяются статистические характеристики: математическое ожидание, дисперсия, среднеквадратическое отклонение, закон распределения вероятностей случайной величины люминесценции алмазов и сопутствующих минералов;

- выборка критерия разделения по отношению компонент сигнала люминесценции (рис. 1) с учетом амплитуды люминесценции воздуха формируется по значениям, рассчитанным по формуле (1) для каждого минерала:

гу. БК + МКр-ив (1)

К —-,

МК,

где БК - быстрая компонента сигнала люминесценции; МКР - медленная компонента разгорания люминесценции; МК3 - медленная компонента затухания люминесценции; UB - амплитуда люминесценции воздуха.

Рис. 1, График сигнала люминесценции алмаза

Обнаружению соответствует выполнение для рассчитанной величины условия Кш!п < К < Ктах;

- выборка критерия по постоянной времени затухания сигнала люминесценции т формируется по следующей формуле (2):

/ _

(2)

1п

ип

где и0 - сигнал люминесценции от минерала в момент сразу после окончания импульса рентгеновского облучения; £/(/) - сигнал люминесценции минерала через заданное время порога I после окончания импульса рентгеновского облучения (1)(0>ип). Значение постоянной времени затухания сигнала люминесценции минерала определяется по экспериментальным данным и0 и 1/(0.

Условию обнаружения при этом соответствует ттш < х < "гтах;

- выборка критерия по свёртке сигнала люминесценции вычисляется по формуле (3) как отношение интеграла от произведения функции этого сигнала ¡7(0 на ее сдвинутую копию 1/(1- ) к интегралу от квадрата функции сигнала

ицу.

= ---,

где Т - период следования импульсов возбуждения; ^ - сдвиг копии сигнала, значение которого выбирается во временном интервале, где 5у сигналов люминесценции алмазов максимально отстоит от 5у сигналов люминесценции сопутствующих минералов.

На рис. 2 приведена иллюстрация зависимостей свёртки сигнала люминесценции различных минералов от времени.

Условие обнаружения для конкретного минерала - значение свёртки больше заданного параметра в момент времени

Таким образом, для выбора оптимальных критериев разделения необходимо исследовать характеристики люминесценции алмазосодержащего сырья и для заданных условий принять из всех критериев технологически целесообразный.

Обобщение результатов обработки данных экспериментов и испытаний сепараторов в промышленных условиях выполняется последовательно для каждого критерия разделения алмазосодержащего сырья. При этом первоначально обобщают полученные результаты по научному обоснованию критериев разделения алмазосодержащего сырья, а затем результаты статистического анализа выборок, используя графический, табличный и аналитический материалы.

Для проведения исследований алмазосодержащего сырья, экспериментальных проверок режимов работы и параметров настройки рентгенолюминесцентных сепараторов в промышленных условиях разработано методическое обеспечение, позволяющее сравнивать между собой технологические показатели сепараторов для различных месторождений. Разработанная методика для количественного определения рентгенолюминесцентных свойств алмазов должна позволить воспроизвести подобные измерения и в других лабораториях, что дало бы возможность сравнивать между собой результаты исследований алмазов для различных месторождений и без дополнительных испытаний определить возможное извлечение алмазов при применении на этих месторождениях сепараторов с известными установленными параметрами.

Составленные методики промышленных испытаний сепараторов должны позволить оценить эффективность оптимизации выбранных параметров настройки в селективном режиме работы.

В третьей главе приведены результаты исследований по обоснованию критериев разделения алмазосодержащего сырья и выбору режимов работы и параметров настройки рентгенолюминесцентных сепараторов на базе обработки, анализа и обобщения эмпирических и статистических данных о характеристиках люминесценции алмазов и сопутствующих минералов. При этом последовательно исследовались критерии разделения порогового и селективного режимов работы рентгенолюминесцентных сепараторов. По

результатам обработки выборок характеристик люминесценции алмазов построены графики распределения интенсивности люминесценции Р(1РЛ), которые приведены на рис. 3, графики распределения характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов УУ(К), Щт),

которые соответственно представлены на рис. 4, 5, 6.

При исследовании критерия разделения

порогового и селективного режимов работы рентгено-люминесцентных сепараторов - интенсивности люминесценции алмазов, значение которой

определялось по кривым функции распределения интенсивности люминесценции (рис. 3), установлено, что наименьшее количество слаболюминес-цирующих алмазов

содержится в трубке «Интернациональная», для которых чувствительность рентген-оптической системы сепараторов по сигналу люминесценции устанавливалась на уровне не менее 0,01 мкА (5,0-10"12 Вт/ср/(Р/с)), для двух других месторождений на уровне не менее 0,002 мкА

1.0Е-12 1,0Е-11 1.0Е-10 1.0Е-09 1.0Е-08

^ 1рл, Вт/ср/(Р/сек) -Юбилейная -•-Удачная -»-Интернациональная

Рис. 3. Интегральные распределения интенсивности люминесценции алмазов

щ&Вш

0,2

-А- алмазы тр.Юбилейная

-О- алмазы тр.Интернациональная

-в- минералы тр.Удачная

0,6 0,8 I

-♦"алмазы тр.Удачная 8у

-й-минералы тр.Юбилейная

минералы тр.Интернациональная

Рис. 4. Распределения свёртки люминесценции алмазов и сопутствующих минералов

(1,0-10 Вт/ср/(Р/с)).

При исследовании характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов каждой кимберлитовой трубки использовался метод наложения кривых распределений критериев разделения IVЩК) и Щт).

Так, для распределений свёртки сигналов люминесценции алмазов и сопутствующих минералов трубок «Удачная» и «Юбилейная» точкой разделения алмазосодержащих руд на концентрат и хвосты служит значение 0,1, для трубки «Интернациональная» — значение 0,2 (рис. 4). Установлено, что ниже указанных значений свёртки потери алмазов минимальны, а содержание сопутствующих минералов увеличивается и их количественные характеристики составят: Щ8у)>0,1 - потери алмазов, И/(5у)>0,0) - повышение выхода сопутствующих минералов в концентрат.

Для распределений отношения компонент

сигнала люминесценции алмазов и сопутствующих минералов трубок «Интернациональная», «Удачная», «Юбилейная» точки разделения алмазосодержащей руды на концентрат и хвосты имеют значения соответственно 6, 12, 12 (рис. 5), а количественные характеристики в области точек разделения ЩК)> 1,5 -потери алмазов, 1¥(К)>0,5 -повышение выхода сопутствующих минералов в концентрат.

Для распределений постоянной времени затухания сигнала люминесценции алмазов и сопутствующих минералов для всех трубок точкой разделения алмазосодержащей руды на концентрат и хвосты является т=3 мс (рис. 6), а количественные

0 5 10 15 20 25 30 35 40

-*-алмазы тр.Юбилейная -»-алмазы тр.Удачная ^

-а- алмазы зр.Интериациональная -А- минералы тр.Юбилейная

минералы тр.Удачная минералы тр.Интернациональная

Рис. 5. Распределения отношения компонент люминесценции алмазов и сопутствующих минералов

'0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0.0

/ /

0 2 4

-й- минералы тр.Юбилейная

минералы тр.Интернациональная алмазы тр.Удачная

6 8 10

-©-минералы тр.Удачная алмазы тр.Юбилейная -♦-алмазы тр.Иптернациональная

т, мс

Рис. 6. Распределения постоянной времени затухания люминесценции алмазов и сопутствующих минералов

характеристики в области точек разделения Щт)>\,\ - потери алмазов, Щт)>0,5 - повышение выхода сопутствующих минералов в концентрат.

Таким образом, результаты обработки выборок характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов трубок «Интернациональная», «Удачная», «Юбилейная» по свёртке отношению

компонент ЩК), времени затухания Щт) позволили определить значения критериев разделения алмазосодержащего сырья, при которых достигаются максимальные показатели извлечения алмазов и селективности процесса, т.е. минимальный выход сопутствующих минералов в концентрат.

На данном этапе результаты экспериментальных исследований являлись предварительными, статистические исследования не проводились. Для научного обоснования алгоритма принятия решения о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья проведение исследований продолжено в динамике на представительных пробах алмазов и сопутствующих минералов.

Алмазы из концентрата сепараторов представлены прозрачными кристаллами ювелирного качества (рис. 7, а), из хвостовых продуктов в

основном темными непрозрачными кристаллами типа «карбонадо» и «борт» (рис. 7, б). При исследовании сопутствующих минералов отмечены люминесцирующие (рис. 8), имеющие схожие с алмазами характеристики люминесценции.

Для определения точек разделения алмазосодержащих руд на концентрат и хвосты аналогично использовалось наложение кривых распределений интенсивности 1У(1РЛ), свёртки отношения компонент №(К), времени

затухания 1У(т) сигнала люминесценции алмазов и сопутствующих минералов. Результаты представлены на рис. 9 - 12.

а б

Рис. 7. Алмазы, извлечённые из концентрата (а) и хвостов (б) сепараторов

а б в г д

Рис. 8. Сопутствующие люминесцирующие минералы:

а — плагиоклаз; б - обломок кристаллического сланца (анортозит); в - кальцит с отпечатком алмаза; г - сросток кальцита с амфиболом; д - кальцит

По результатам исследований установлено:

1) точкой разделения алмазосодержащей руды на концентрат и хвосты по признаку интенсивности люминесценции алмазов и сопутствующих минералов \У(1РЛ) может быть принято значение 0,0035 мкА (1,75-10"12 Вт/ср/(Р/с)) (см. рис. 9), в области которого потери алмазов составят 8,5 %, сокращение сопутствующих минералов составит 93 %, и с уменьшением значения интенсивности люминесценции наблюдается тенденция резкого повышения выхода сопутствующих минералов в концентрат;

& 0,6 Зг 0,4 0,2 0,0

■ ■ 1 м> ■ ♦

- Алмазы

0,004 0,064 1,024 -»- Минералы 4 I рл, мкА

Рис. 9. Распределения интенсивности люминесценции алмазов и сопутствующих минералов

-♦- Алмазы Минералы

Рис. 10. Распределения свёртки сигнала люминесценции алмазов и сопутствующих минералов

20 к

2) точкой разделения алмазосодержащей руды на концентрат и хвосты по критерию свёртки ЩБу) может быть принято значение 0,31 (см. рис. 10), при котором потери алмазов составят 8 %, сокращение сопутствующих минералов составит 92 %, и с уменьшением значения свёртки резко возрастёт выход сопутствующих минералов в концентрат;

3) точкой разделения алмазосодержащего сырья по критерию ЩК) является значение, равное 2,4 (см. рис. 11), при котором потери алмазов составят 8,5 %, сокращение сопутствующих минералов составит 86,5 %;

4) точкой разделения алмазосодержащего сырья на концентрат и хвосты по критерию 1У(т) является значение, равное 1,6 мс (см. рис. 12), при котором потери алмазов составят 18 %, сокращение сопутствующих минералов составит 46 %;

5) в области точки пересечения графиков распределений характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов выход пустой породы в концентрат будет минимальным, но наблюдаются значительные потери ценного компонента. Таким образом, подтверждено первое научное положение, а именно: кривые распределений рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов, определённые с применением критериев: свёртки, отношения компонент, интенсивности сигнала люминесценции и времени его затухания, пересекаются в точках, в которых значение параметра соответствующего критерия указывает на минимальный выход сопутствующих минералов в концентрат, но наблюдаются значительные потери алмазов;

10 12 14

Алмазы ■*- Минералы

Рис. 11. Распределения отношения компонент люминесценции алмазов и сопутствующих минералов 0,25

Алмазы * Минералы т> мс

Рис. 12. Распределения времени затухания люминесценции алмазов и сопутствующих минералов

6) из графиков, изображённых на рис. 9, следует, что для более полного извлечения алмазов до 98,72 % сепараторами, чувствительность рентген-оптической системы должна быть установлена на уровне не менее 0,0005 мкА (2,5-10 13 Вт/ср/(Р/с)), ранее действующий порог разделения 0,001 мкА (5,0-10" Вт/ср/(Р/с)) позволял работать сепараторам в пороговом режиме с извлечением алмазов до 97,68 %;

7) из графиков, представленных на рис. 10-12, следует, что по критерию ^>0,13 сокращение сопутствующих минералов составит 40,23 %, по критерию £=0-6 - 28,53 %, по критерию г=0-5 мс - 0,14 % (рис. 13).

Из представленной

гистограммы оценки обогати-мости алмазоносной руды трубки «Архангельская»

следует, что наиболее эффективным из алгоритмов принятия решения о выделении алмазов из потока руды является свёртка. Таким образом, подтверждено второе научное положение, а именно: на основании выполненных экспериментальных исследований рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов установлено, что наиболее эффективным из алгоритмов принятия решений о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья является свёртка сигнала люминесценции.

Работа сепараторов в селективном режиме позволит повысить чувствительность рентген-оптической системы не менее чем в 2 раза при одновременном сокращении сопутствующих минералов на 40,23 % по сравнению с пороговым режимом, что приведет к дополнительному извлечению слаболюминесцирующих алмазов. Ожидаемое увеличение извлечения товарной продукции класса крупности -5+1 мм составит до 1 %. Таким образом, подтверждено третье научное положение, а именно: работа сепараторов в селективном режиме позволяет повысить чувствительность рентген-оптической системы не менее чем в 2 раза при одновременном сокращении сопутствующих минералов по сравнению с пороговым режимом, что приводит к дополнительному извлечению слаболюминесцирующих алмазов.

Автором проведена вероятностная оценка критерия разделения по ¿V в следующей последовательности:

1. формировались выборки значений 2. выполнялась обработка выборок и определялась частота попадания значений ¿V в заданный интервал; 3. строились по данным экспериментов диаграммы частот Л, которые аппроксимировались теоретическим законом.

° Свертка Отношение Постоянная

компонент времени

И алмазы ■ минералы затухания

Рис. 13. Извлечение алмазов и выход сопутствующих минералов в концентрат

Обработка статистического материала по Sv проведена с привлечением математического аппарата Excel, входящего в пакет приложений Microsoft Office.

Полученные результаты с уровнем значимости а=0,05 по критерию Пирсона х2 подтверждают гипотезу о нормальном распределении случайной величины свёртки, то есть эмпирические и статистические частоты различаются незначимо (случайно).

W(Sv), шт Статистические

300 исследования критерия

разделения по Sv обработаны и с помощью программы IBM SPSS Statistics. Результаты обработки представлены на рис. 14 и в табл. 1.

По формулам (4) и (5) нормального распределения вероятностей появления

значения Sv в заданном 80 Sv интервале определяем её минимальное и максимальное значения:

Рис. 14. Гистограмма распределения свёртки сигнала люминесценции алмазов трубки «Архангельская» и теоретическая кривая

(4)

(5)

п=0,43-3-0,1=0,13

5утах =т + За; = т — Зсг.

Полученные значения 5утах=0,43+3-0,1=0,73 и Svn показывают, что для трубки «Архангельская» критерий разделения по Sv сигнала люминесценции изменяется в пределах от 0,13 до 0,73.

Таблица 1

Общее число выборки 2692

Среднее 0,4332

Стд. ошибка среднего 0,00194

Медиана 0,42

Мода 0,38

Стд. отклонение 0,10086

Дисперсия 0,010

Асимметрия -0,106

Стд. ошибка асимметрии 0,047

Эксцесс -0,079

Стд. ошибка эксцесса 0,094

На основании выполненных экспериментальных и статистических исследований рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов трубки «Архангельская» выбраны научно обоснованные значения диапазона изменения критерия разделения по свёртке сигнала люминесценции.

В четвёртой главе приведены результаты промышленных испытаний сепараторов в селективном режиме работы, оптимальные параметры настройки аналого-цифровых блоков регистрации которых установлены на основании выполненных экспериментальных и статистических исследований.

На первых этапах экспериментальных исследований работы сепараторов в селективном режиме проведены промышленные испытания сепаратора ЛС-20-05-2М в составе с опытным образцом аналого-цифрового блока регистрации при обогащении алмазосодержащей руды класса крупности -30+16 мм на фабрике №3 Мирнинского горно-обогатительного комбината.

Анализ результатов показал, что для повышения эффективности работы сепараторов необходимо изучить характеристики люминесценции алмазов и сопутствующих минералов и определить оптимальные значения параметров настройки аналого-цифрового блока регистрации для каждого конкретного месторождения.

Проведено измерение интенсивности люминесценции алмазов трубки «Комсомольская» крупностью -6+3 мм из концентратных и хвостовых продуктов рентгенолюминесцентных сепараторов (рис. 14, 15).

Из графиков следует, что действующий порог разделения для сепараторов ЛС-Д-4-03Н равный 0,002 мкА (1,0-10"12 Вт/ср/(Р/с)) обеспечивает обнаружение алмазов трубки «Комсомольская» не более 99,1 %. В смену опробования передела рентгенолюминесцентной сепарации извлечение алмазов составило 97,5 %. При этом «механические» потери алмазов составили 1,6 %, «методические» потери - 0,9 %. Некоторые слаболюминесцирующие алмазы из хвостов сепараторов представлены алмазами с низким содержанием азота (рис. 16), составляющими «методические» потери, стоимость которых достаточно высока, 38 $/карат.

Результаты исследования свёртки сигнала люминесценции алмазов трубки «Комсомольская», представленные на рис. 17, показывают, что, распределение алмазов по значению 5у на 98,1 % охватывается диапазоном значений 0,1-4,0. При этом из оставшихся 1,9% алмазов, не попавших в указанный диапазон, 0,9 % имеют интенсивность люминесценции ниже порога разделения сепараторов.

Таким образом, из полученных результатов следует, что применение дополнительного критерия разделения алмазов и сопутствующих минералов обеспечивает извлечение практически всех алмазов, имеющих интенсивность люминесценции выше порога разделения сепараторов.

На участке доводки фабрики №8 Айхальского горно-обогатительного комбината проведены технологические испытания сепаратора ЛС-ОД-50-03Н в селективном режиме работы, обрабатывающего материал класса крупности -10+6 мм.

0,8-----------Шы---¿-0,30

j/fi Г ^0,25

°>6 / А/ ^ 0,20

0,15 0,10

0,2 ^Н WA+A 0,05

о" ° ° ° log 21 рл, мкА ° log 21 рл, мкА

-♦--4+3 мм -«--5+4 мм -А--6+5 мм *-6+3 мм -»--4+3 мм -И--5+4мм -А--6+5 мм -Х--6+3 мм

Рис. 14. Интегральные распределения Рис. 15. Распределения интенсивности интенсивности люминесценции люминесценции алмазов

алмазов

0,05 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 1

Рис. 16. Алмазы из хвостовых Рис. 17. Гистограмма распределения

продуктов сепараторов свёртки сигнала люминесценции

алмазов

Произведена установка параметров настройки аналого-цифрового блока регистрации сепаратора в селективном режиме работы, которые по результатам расчёта и оптимизации составили 5у=0,1 при времени /5у=700 мкс.

По результатам измерений интенсивности люминесценции алмазов трубки «Юбилейная» построены графики распределений (рис. 18, 19). Из графиков следует, что действующий порог разделения для сепараторов ЛС-Д-4-03Н, равный 0,002 мкА (1,0-10"12 Вт/ср/(Р/с)), обеспечивает обнаружение алмазов трубки «Юбилейная» не более 95,6 %. В смену опробования передела рентгенолюминесцентной сепарации извлечение алмазов составило 95,3 %. При этом «механические» потери алмазов составили 0,3 %, «методические» - 4,4 %. Слаболюминесцирующие алмазы представлены преимущественно тёмными образцами кубической и переходной между октаэдром и ромбододекаэдром формами (рис. 20). Средняя стоимость этих алмазов составила 0,97 $/карат.

Получаемый от этих кристаллов световой поток имеет амплитуду значительно ниже порога разделения сепараторов. Эта часть алмазов составляет «методические» потери рентгенолюминесцентной сепарации и не будет извлечена этим методом.

=0,8 и-

0,6 0,4 0,2 0,0

О ГД Оч >у~)

2 Я Я Я. о — чо" Я. о о о

log 2 I рл, мкА

-♦- -4+3 мм * -5+4 мм -6+5 мм * -6+3 мм

Рис. 18. Интегральные распределения интенсивности люминесценции алмазов

^0,35 °0,30 ^,25

Э=0,20

0,15 0,10 0,05 0,00

— О о т —

§ Я Я Я о" —" чо о" ° ° ° 1о§ 21 рл, мкА

-♦--4+3 мм -»--5+4 мм -±--6+5 мм *-6+3 мм

Рис. 19. Распределения интенсивности люминесценции алмазов

Рис. 20. Алмазы из хвостовых продуктов сепараторов

^0,35

0,05 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 1 Рис. 21. Гистограмма распределения свёртки сигнала люминесценции алмазов

Распределение интенсивности люминесценции алмазов показывает, что снижение порога разделения сепараторов ЛС-Д-4-03Н с 0,003 мкА (1,5-10 12

Вт/ср/(Р/с)) до 0,002 мкА (1,0-10"12 Вт/ср/(Р/с)) приведет к повышению извлечения алмазов до 2 %. Для алмазов, сигнал люминесценции

которых превышал порог разделения сепаратора ЛС-ОД-6, равный 0,0005 мкА (2,5-10"13 Вт/ср/(Р/с)),

исследовалась свёртка

сигнала люминесценции

алмазов. По результатам измерений построена

гистограмма распределения значений свёртки (рис. 21), а обработка полученных

данных указывает, что в области значений 0,1+1,0 по критерию разделения Л> содержание алмазов

составило 99,8 %. На участке доводки фабрики № 14 Айхальского горно-

обогатительного комбината проведены технологические испытания сепаратора ЛС-Д-4-ОЗН в селективном режиме работы, обрабатывающего гравитационный концентрат класса крупности -6+3 мм.

Произведена установка параметров настройки

аналого-цифрового блока регистрации сепаратора в селективном режиме работы, которые по результатам расчёта и оптимизации составили £у=0,1 при времени ¿ху=700 мкс.

В питание сепаратора вводились алмазы, отобранные из сменной кассы в количестве 100 шт. крупностью -6+3 мм. Полученные данные: производительность сепаратора при насадке питателя с диаметром отверстия 40 мм составила 4,3 т/ч; степень сокращения: по сепаратору - 86, по сравнению с пороговым режимом - 4; селективность - 2,5 отсечек на алмаз; извлечение алмазов -98,8%.

Также в главе приведены методика определения параметров настройки рентгенолюминесцентных сепараторов и рекомендации по интенсификации процесса рентгенолюминесцентной сепарации. Использование методики институтом «Якутнипроалмаз» позволило выполнить выбор оптимальных параметров настройки сепараторов в селективном режиме работы. Таким образом, параметры . настройки рентгенолюминесцентных сепараторов в составе с аналого-цифровым блоком регистрации при разделении слаболюминесцирующих алмазов на фоне ярколюминесцирующих минералов должны соответствовать значениям критериев разделения, при которых достигается максимальная эффективность.

Предложенные рекомендации и технические решения прошли промышленные испытания, оценена эффективность от внедрения мероприятия в производство предприятий компании «АЛРОСА» и получен экономический эффект.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-практической работой, в которой дано новое решение актуальной научной задачи по повышению эффективности извлечения алмазов и селективности процесса рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья на основе закономерностей распределения характеристик рентгеновской люминесценции алмазов и сопутствующих минералов. В работе проанализированы и обобщены результаты экспериментальных и статистических исследований рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов месторождений Западной Якутии и месторождения им. М.В. Ломоносова и выявлены закономерности при изменении состава и свойств руды. Проведены промышленные испытания рентгенолюминесцентных сепараторов, которые показали целесообразность применения критериев разделения, заложенных в аналого-цифровом блоке регистрации. По результатам промышленных испытаний сепараторы в селективном режиме работы внедрены на обогатительных фабриках предприятий компании "АЛРОСА". Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Кривые распределений характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих .минералов кимберлитовых трубок «Архангельская», «Интернациональная», «Удачная», «Юбилейная», определённые с применением критериев нормированной автокорреляционной функции (свёртка), отношения компонент, интенсивности сигнала люминесценции и времени его затухания, пересекаются в точках, в которых значение параметра

соответствующего критерия указывает на минимальный выход сопутствующих минералов в концентрат, но наблюдаются значительные потери алмазов;

2. На основании выполненных исследований рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов установлено, что наиболее эффективным из алгоритмов принятия решения о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья является свёртка сигнала люминесценции;

3. Впервые, на базе выполненных экспериментальных и статистических исследований рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов и результатов обработки полученных данных, научно обоснован алгоритм принятия решения о выделении алмазов из потока руды по свёртке сигнала люминесценции, и доказана его эффективность применения;

4. Разработаны методики отбора технологической коллекции алмазов, сбора информации о рентгенолюминесцентных свойствах алмазов и сопутствующих минералов, обработки выборок характеристик люминесценции алмазосодержащего сырья, проведения промышленных испытаний сепараторов в селективном режиме работы, анализа и обобщения полученных результатов, определения параметров настройки сепараторов, рекомендации по интенсификации процесса рентгенолюминесцентной сепарации, которые переданы на предприятия компании «AJIPOCA»;

5. По результатам промышленных испытаний сепараторов установлено, что работа сепараторов в селективном режиме позволяет повысить чувствительность рентген-оптической системы не менее чем в 2 раза при одновременном сокращении сопутствующих минералов по сравнению с пороговым режимом, что приводит к дополнительному извлечению слаболюминесцирующих алмазов. Испытания позволили оценить эффективность выбранных параметров настройки аналого-цифрового блока регистрации, что подтверждается достигнутыми технологическими показателями;

6. Внедрение сепаратора ЛС-Д-4-ОЗН в селективном режиме работы на обогатительной фабрике №14 компании «АЛРОСА» (акт внедрения №38-08 от 25.11.2008 г.) позволило дополнительно повысить извлечение алмазов на 0,2 %;

7. Экономический эффект от внедрения мероприятия №38-08 на фабрике ■ №14, согласно расчёту, выполненному в институте «Якутнипроалмаз», составил 10 023 100 рублей в год (автору принадлежит не менее 15 % долевого участия).

Работы, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определённых ВАК России:

1. Яковлев В.Н., Макалин И.А., Иванов A.B. Повышение извлечения алмазов и селективности процесса рентгенолюминесцентной сепарации при обогащении алмазосодержащих руд // Горное оборудование и электромеханика. - М.: Новые технологии, 2009. - №6. - С. 50-53.

2 Макалин И.А., Иванов A.B. Интенсификация процесса рентгенолюминесцентной сепарации на предприятиях АК «АЛРОСА» И Горный журнал. - М„ 2010.-№12.-С. 68-71.

3. Яковлев В.Н., Макалин И.А. Этапы развития и пути совершенствования процесса рентгенолюминесцентной сепарации // Горное оборудование и электромеханика. -М.: Новые технологии, 2012. — №1.-С. 14-16.

4. Макалин И.А. Исследования рентгенолюминесцентных свойств минералов трубки «Архангельская» // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. -Екатеринбург, 2012. - №7. - С. 80-84.

5. Макалин И.А. Повышение эффективности радиометрической сепарации на обогатительных фабриках AK «AJIPOCA» // Горный журнал. - М., 2012. - №12. - С. 7274.

Работы, опубликованные в других изданиях:

6. Монастырский В.Ф., Макалин И.А. Обоснование критерия частоты следования люминесциругощих минералов в рентгенолюминесцентных сепараторах // Обогащение полезных ископаемых: научно-технический сборник. - Днепропетровск: НГУ, 2011. -Вып. 44(85).-С. 108-113.

7. Макалин И.А. Перспективы применения и опыт эксплуатации радиометрических сепараторов на обогатительных фабриках AK «AJIPOCA» // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: материалы Международной научно-технической конференции. - Екатеринбург: Издательство «Форт Диалог-Исеть», 2007. -С. 98-102.

8. Макалин И.А. Исследования кинетических характеристик люминесценции в потоке материала // Машиностроение и техносфера XXI века / Сборник трудов XIV Международной научно-технической конференции. - Донецк: ДонНТУ, 2007. - Т. 2. -С. 285-290.

9. Макалин И.А., Иванов A.B. Повышение селективности и извлечения рентгенолюминесцентных сепараторов при обогащении алмазосодержащих руд И Молодежь и научно-технический прогресс в современном мире: Материалы докладов I Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. - Якутск: Изд-во Якутского госуниверситета, 2010. - Ч. I. - С. 184-190.

10. Макалин И.А. Совершенствование процесса рентгенолюминесцентной сепарации //. Проблемы и пути эффективной отработки алмазоносных месторождений: сборник докладов Международной научно-практической конференции. - Новосибирск: Наука, 2011. - С. 407-410.

11. Макалин И.А. Внедрение рентгеновских аппаратов на обогатительных объектах компании «АЛРОСА» // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: материалы XVII Международной научно-технической конференции. - Екатеринбург: Издательство «Форт Диалог-Исеть», 2012. - С. 286-289.

Формат бумаги 60 х 84 1/16. Бумага писчая. Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ УУ

Издательство ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 Отпечатано с оригинала — макета в лаборатории множительной техники

издательства УГГУ

Подписано в печать « /о

Г9 ' 2013 г.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Макалин, Игорь Александрович, Екатеринбург

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201362'

71 н

МАКАЛИН ИГОРЬ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

В. Ф. Монастырский

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ТЕРМИНОВ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И

СОКРАЩЕНИЙ............................................................. 5

ВВЕДЕНИЕ.................................................................. 6

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ......................................................................... 12

1.1. Опыт эксплуатации и перспективы применения информационных сепараторов при обогащении минерального сырья........................................................................... 12

1.2. Обзор научно-технических и научно-исследовательских работ по вопросам создания и совершенствования

рентгенолюминесцентных сепараторов................................. 23

1.3. Постановка задач и методы исследования.............................. 35

Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ

ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ МИНЕРАЛОВ И ИСПЫТАНИЙ РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СЕПАРАТОРОВ...........:................. 38

2.1. Классификация и алгоритм выбора признаков люминесцентного метода разделения минералов.................... 38

2.2. Общий подход к обработке, анализу и обобщению результатов экспериментальных данных.......................................................... 42

2.2.1. Методики сбора информации о люминесцентных свойствах алмазов и сопутствующих минералов.................................. 45

2.2.2. Методика анализа и обобщения полученных результатов......... 50

ВЫВОДЫ...................................................................... 52

} \ 4 и

г,

(

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ МИНЕРАЛОВ И ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СЕПАРАТОРАХ ПРИ ОБОГАЩЕНИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ............ 53

3.1. Выбор критериев разделения алмазосодержащего сырья для различных месторождений............................................... 53

3.1.1. Исследования рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов в статике................................... 55

3.1.2. Исследования рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов в динамике................................. 60

3.2. Статистические исследования критерия разделения по нормированной автокорреляционной функции сигнала

люминесценции минералов.............................................................. 66

ВЫВОДЫ..................................................................... 69

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ И ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СЕПАРАТОРОВ В УСЛОВИЯХ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК....................... 70

4.1. Промышленные испытания сепаратора ЛС-20-05-2М в составе

с опытным образцом аналого-цифрового блока регистрации..... 70

4.2. Промышленные испытания сепаратора ЛС-ОД-50-03Н в селективном режиме....................................................... 74

4.2.1. Исследование нормированной автокорреляционной функции сигналов люминесценции алмазов трубки «Комсомольская»..... 74

4.2.2. Исследование работы сепаратора ЛС-ОД-50-03Н в пороговом и селективном режимах...................................................... 77

4.3. Промышленные испытания сепаратора ЛС-Д-4-03Н в селективном режиме....................................................... 80

4.3.1. Исследование нормированной автокорреляционной функции сигналов люминесценции алмазов трубки «Юбилейная».......... 80

4.3.2. Исследование работы сепаратора ЛС-Д-4-03Н....................... 84

4.4. Разработка мероприятий по повышению эффективности работы

рентгенолюминесцентных сепараторов..................................................................87

4.4.1. Разработка методики определения параметров настройки рентгенолюминесцентных сепараторов..............................................................87

4.4.2. Разработка рекомендаций по интенсификации процесса

рентгенолюминесцентной сепарации....................................................................89

ВЫВОДЫ..........................................................................................................................................90

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................................................................92

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ..........................................94

ПРИЛОЖЕНИЕ..........................................................................................................................105

СПИСОК ТЕРМИНОВ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И

СОКРАЩЕНИЙ

АЦБР - аналого-цифровой блок регистрации

АЦП — аналого-цифровой преобразователь

БК - быстрая компонента

БР - блок регистрации

БУ - блок управления

ВП - вибропитатель

ГОК - горно-обогатительный комбинат

КР - комбинационное рассеяние

МК - медленная компонента

МС - машина сортировочная

ОФ - обогатительная фабрика

ПК - пневмоклапан

РИ - рентгеновское излучение

Р JI — рентгенолюминесценция

PJIC - рентгенолюминесцентный сепаратор

РОЭ - рентген-оптико-электронная

РТ - рентгеновская трубка

САУ - стойка автоматического управления

ФНЛ - формирующий наклонный лоток

ФПУ - фотоприёмное устройство

ФЭУ - фотоэлектронный умножитель

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь

ЦОД - цех окончательной доводки

ЦСА - центр сортировки алмазов

1рл — интенсивность рентгенолюминесценции

К - отношение компонент сигнала рентгенолюминесценции

Sv — свёртка сигнала рентгенолюминесценции

ВВЕДЕНИЕ

Алмазодобывающая промышленность России включает в себя горнодобывающие комплексы и обогатительные фабрики, которые эксплуатируются в сложных горнотехнических и климатических условиях Крайнего Севера. Разведкой, добычей и переработкой алмазоносных руд и песков занимается крупнейшая в РФ компания «АЛРОСА», задачей которой является поддержание уровня переработки алмазосодержащих руд и песков не ниже достигнутого и повышение качества основной продукции. Сырьевая база алмазодобычи в мире ограничена, качество её ухудшается, основные объёмы легкодоступных и богатых запасов на известных месторождениях уже близки к исчерпанию. Резко расширяются масштабы разработки запасов подземной добычи, что в свою очередь ведёт к повышению себестоимости алмазов. Это приводит к необходимости постоянного совершенствования технологий и оборудования в процессах рудоподготовки и обогащения алмазосодержащего сырья.

Выбор технологии обогащения во многом зависит от вещественного состава алмазосодержащего сырья, контрастности механических, физических и физико-химических свойств ценного компонента и вмещающих пород, крупности алмазов и содержания полезного компонента в общем объёме добываемой руды. В настоящее время эффективно применяются рентгенолюминесцентный, гравитационный, флотационный и адгезионный методы обогащения. Опытом обогащения алмазосодержащей руды крупностью -50+6 мм и доводкой гравитационных концентратов класса крупности -6+1 мм [8, 74] подтверждено, что одним из наиболее экономически целесообразных методов является рентгенолюминесцентная сепарация.

Эффективность применения сепарации во многом зависит от наличия в вещественном составе сырья минералов, близких по люминесцентным свойствам к ценному компоненту, и алмазов с пониженной амплитудой люминесценции. Так, например, алмазосодержащее сырьё трубки «Интернациональная» содержит большое количество галита, люминесценция

которого близка к люминесценции алмазов, а трубка «Юбилейная» имеет повышенное содержание слаболюминесцирующих алмазов. Это приводит к снижению технологических показателей работы сепараторов, что требует их усовершенствования.

Таким образом, необходимо на базе существующего оборудования создать дополнительные устройства, с помощью которых возможно повысить извлечение ценного компонента из алмазоносных руд, содержащих в общем объёме сопутствующие минералы, близкие по люминесцентным свойствам к алмазам, и слаболюминесцирующие алмазы.

В последнее время наметились пути создания рентгенолюминесцентных сепараторов (РЛС) нового уровня надёжности, работоспособности и эффективности [62]. Проектирование, экспериментальная и промышленная проверка сепараторов для различных условий эксплуатации производится с использованием современных средств и методик. Однако перед использованием РЛС последнего поколения в процессах обогащения и доводки алмазосодержащих продуктов необходимо выбрать оптимальные параметры настройки и режимы их работы.

Данная работа направлена на определение закономерностей распределения критериев разделения рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья с целью обоснованного выбора параметров и режимов работы РЛС, адаптации их к заданным условиям эксплуатации с учётом эффективности разделения ценного компонента и сопутствующих минералов, технологических и экономических показателей.

Исходя, из вышесказанного следует, что исследование люминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов для научного обоснования алгоритмов принятия решений о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья является актуальной задачей, имеющей важное отраслевое значение.

Объектом исследований являются РЛС для обогащения алмазоносной руды, содержащей сопутствующие люминесцирующие минералы и слаболюминесцирующие алмазы.

Предметом исследований являются характеристики рентгено-люминесценции (РЛ) алмазов и сопутствующих минералов месторождений Западного региона Якутии и месторождения им. М.В. Ломоносова.

Идея работы заключается в использовании закономерностей распределения характеристик РЛ алмазов и сопутствующих минералов в условиях предприятий компании «АЛРОСА» для интенсификации процесса рентгенолюминесцентной сепарации.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Кривые распределений рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов, определённые с применением критериев нормированной автокорреляционной функции (свёртки) сигнала РЛ, отношения компонент сигнала РЛ, интенсивности сигнала РЛ и времени его затухания, пересекаются в точках, в которых значение параметров соответствующего критерия указывает на минимальный выход сопутствующих минералов в концентрат, но наблюдаются значительные потери алмазов;

2. Наиболее эффективным из алгоритмов принятия решений о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья является свёртка сигнала РЛ, значение которой для руд различных месторождений соответствует 0,15+0,05;

"■К' ■

пороговым режимом, что приводит к дополнительному извлечению слаболюминесцирующих алмазов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Впервые, на базе выполненных исследований и результатов обработки экспериментальных данных, научно обоснован алгоритм принятия решения о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья по свёртке сигнала РЛ, при котором достигаются высокие технологические показатели;

2. Оценена эффективность оптимизации параметров настройки аналого-цифрового блока регистрации (АЦБР), что подтверждается результатами промышленных испытаний РЛС в селективном режиме работы при разделении слаболюминесцирующих алмазов на фоне ярколюминесцирующих минералов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждаются большим объёмом экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных и промышленных испытаний с результатами статистических исследований, представительными выборками значений характеристик РЛ алмазов и сопутствующих минералов.

Практическая значимость работы:

1. Разработаны «Методика отбора технологической коллекции алмазов», «Методика проведения промышленных испытаний РЛС в селективном режиме». Методики используются лабораторией радиометрической сепарации института «Якутнипроалмаз» при проведении испытаний на обогатительных фабриках (ОФ) Айхальского, Мирнинского, Удачнинского горнообогатительных комбинатов (ГОК);

2. Разработаны и переданы на обогатительные объекты компании «АЛРОСА» рекомендации, обеспечивающие повышение эффективности извлечения алмазов и селективности процесса рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья за счёт выбора оптимальных параметров настройки АЦБР РЛС в селективном режиме работы, включающие полученные

в работе графики распределений интенсивности РЛ, свёртки сигнала РЛ, отношения суммы быстрой компоненты (БК) и медленной компонент (МК) разгорания РЛ за вычетом РЛ воздуха к МК затухания РЛ, постоянной времени затухания РЛ алмазов и сопутствующих минералов.

Реализация результатов работы. Разработанные рекомендации по выбору оптимальных параметров АЦБР РЛС приняты к внедрению на ОФ №14 компании «АЛРОСА» с экономическим эффектом 10 023,1 тыс. руб. в год.

Апробация результатов диссертационной работы.

Основные результаты работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (г. Екатеринбург, 2007 г.), Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (г. Севастополь, 2007 г.), XI Лаврентьевских чтениях (г. Якутск, 2007 г.), Региональной 11 научно-практической конференции, посвященной 375-летию вхождения Якутии в состав РФ (г. Мирный, 2007 г.), Региональной научно-практической конференции, посвященной 85-летию образования Якутской автономии и 15-летию вступления в силу Конституции Якутии (г. Мирный, 2007 г.), 1-й Всероссийской научно-практической конференции «Молодёжь и научно-технический прогресс в современном мире» (г. Мирный, 2009 г.), Международной научно-технической конференции «Неделя горняка» (г.Днепропетровск, 2011г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы и пути эффективной отработки алмазоносных месторождений» (г. Мирный, 2011 г.).

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, из них 5 статей в рецензируемых научных журналах, определённых ВАК РФ.

обосновании научных положений, выводов и рекомендаций, в установлении закономерностей изменения значений критериев разделения рентгено-люминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья, в проведении промышленных испытаний рентгенолюминесцентных сепараторов, в разработке методик и мероприятий по повышению эффективности работы сепараторов в селективном режиме на обогатительных фабриках компании «АЛРОСА».

Автор выражает благодарность д.т.н., проф. Монастырскому В.Ф. за научное руководство, д.т.н., проф. Цыпину Е.Ф., д.т.н., проф. Морозову Ю.П. за помощь, оказанную при работе над диссертацией, сотрудникам лаборатории радиометрической сепарации института «Якутнипроалмаз» Яковлеву В.Н., Иванову A.B. и специалисту НПП «Буревестник» к.т.н. Владимирову E.H. за техническую помощь и моральную поддержку.

1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

1.1. Опыт эксплуатации и перспективы применения информационных сепараторов при обогащении минерального сырья

Информационным методом обогащаются руды содержащие алмазы, золото, серебро, марганец, железо, олово, медь, никель, молибден, тантал, ниобий, висмут, цезий, барий, вольфрам, свинец, цинк, хром, ртуть, уран, сурьму, индий, иридий, бор, литий, кадмий, флюорит, циркон, целестин, сподумен, шеелит, барит, доломит, гипс, кальцит, тальк, галит, графит, известняк, ильменит, магнезит, боксит, серу, мусковит, биотит, а также слюду, уголь, горючие сланцы, редкие земли [4, 9, 10, 24, 36, 61, 66, 70-72, 75-87].

Алмазоносное сырьё, кроме информационного метода, обогащается гравитационным, флотационным, магнитным, электростатическим и адгезионным методами [8, 39, 47].

Развитие информационных методов обогащения алмазоносного сырья происходило в следующей последовательности. Первоначально был применён оптический сепаратор, основанный на использовании большого коэффициента отражения света и высокой рассеивающей способности алмаза [27, 42]. Однако ввиду не

Информация о работе

Макалин, Игорь Александрович
кандидата технических наук
Екатеринбург, 2013
ВАК 25.00.13

Диссертация

Исследование закономерностей распределения характеристик рентгеновской люминесценции алмазосодержащего сырья - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы