Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Изыскание способов предварительной подготовки глинистых песков для повышения эффективности их дезинтеграции

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Изыскание способов предварительной подготовки глинистых песков для повышения эффективности их дезинтеграции"

На правах рукописи

ИЗЫСКАНИЕ СПОСОБОВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ

ДЕЗИНТЕГРАЦИИ

Специальность 25.00.22 —«Геотехнология (подземная, открытая, строительная)»

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск 2005

Работа выполнена в Иркутском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Тальгамер Борис Леонидович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Кисляков Виктор Евгеньевич

кандидат технических наук, доцент Мореходов Владислав Макарович

Ведущая организация ОАО «Иркутский научно-исследова-

тельский институт благородных и редких металлов и алмазов»»

Защита диссертации состоится 1 ноября 2005г. в 14— ч. на заседании диссер1 анионного совета Д 212 073.04 в Иркутском государственном техническом университете по адресу 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корпус «К», конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомшся в библиотеке Иркутского государственного технического университета.

Автореферат разослан 30 сентября 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, « р доктор технических наук, >4 —

профессор Н.Н. Страбыкин

Ч

</ 1/Х/С

' ' у ' Общая характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время большая часть россыпных месторождений находится в суровых климатических условиях, а их рыхлые отложения характеризуются высоким содержанием глины, валунов, наличием мерзлоты. Из-за сложных горнотехнических условий залегания запасов россыпей потери полезных минералов при их разработке достигают десятков процентов. Значительная доля потерь связана с плохой дезинтеграцией глинистых песков.

В отдельных случаях в погребенных россыпях содержание глины составляет до 90-95 % от общего объема отрабатываемых запасов. Переработка глинистых песков с применением известных технологий характеризуется существенными технологическими потерями полезных компонентов, обусловленными выносом в отвал золота (алмазов), механически связанных, с неразмытой глиной. В процессе обогащения высокоглинистые пески дезинтегрируют в среднем на 5-8 % при дражном способе разработки и на 20-25 % при использовании промывочных установок типа ПКС в комплексе с гидровашгердом.

В настоящее время для интенсификации процесса промывки применяют различные способы: универсальные рассекатели (наборины) в дражной бочке; вибрационные промывочные машины типа ВМИ-100; СМД-88; Р-633; МПА-100; высоконапорные струи в барабанных грохотах; химические реагенты (серная кислота, хлористый и едкий натрий, сода, хлорид железа), предварительную подсушку глин до остаточной влажности менее 5-17%; электроискровой разряд в жидкости (электрогидравлический эффект); интенсифицирующее воздействие ультразвуком на комья глины; аппараты с использованием акустических колебаний при промывке пород крупностью до 70 мм; криогенную подготовку глинистых песков и другие.

Однако добиться стабильно высоких показателей процесса дезинтеграции всех категорий перерабатываемых глинистых песков удается далеко не всегда, поэтому необходимо не только улучшать эффективность работы обогатительного оборудования, но и совершенствовать всю технологию разработки глинистых россыпей. Это становится наиболее актуальным в наши дни, когда сырьевые запасы россыпных месторождений с благоприятными условиями залегания практически истощены и требуется вовлечение в разработку участков или месторождений с труднообогатимыми песками. Доля подобных месторождений сейчас составляет от 45 до 60%, а в некоторых регионах достигает 80%.

Цель работы: изыскание эффективных способов повышения степени дезинтеграции глинистых песков.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ полноты извлечения полезных компонентов при разработке россыпных месторождений алмазов и золота.

2. Изучение минерального и гранул омету^^кд^шетава глин и иссле-

дование их физических свойств при изменен!

ипя.и |

этЙ8Ров- I

¿"ЧТЯ»

3. Изучение физико-механических процессов дезинтеграции в барабанных грохотах и анализ опыта их реконструкции.

4. Исследование и оценка эффективности дезинтеграции глинистых пород в лабораторных условиях.

5 Анализ эффективности дезинтеграции глинистых песков алмазоносной россыпи с управлением параметрами процесса.

6. Установление основных факторов, обеспечивающих высокую степень дезинтеграции.

7. Обоснование рекомендаций по совершенствованию технологии разработки высокоглинистых россыпей.

8. Разработка эффективных технологий предварительной подготовки глинистых песков в массиве.

9. Оценка экономической эффективности различных способов подготовки глинистых песков к разработке.

Идея работы. Повышать эффективность дезинтеграции глинистых песков следует не столько в направлении реконструкции элементов обогатительного оборудования, сколько путем совершенствования технологии подготовки песков с предварительным изменением агрегатного состояния горного массива.

Защищаемые научные положения:

1. Качество промывки глинистых песков в барабанных дезинтеграторах в наибольшей степени зависит от кусковатости и влажности поступающего материала, а также содержания и формы крупнообломочных фракций в нем, то есть от параметров, которые могут регулироваться только в процессе предвари!ельной подготовки песков к обогащению.

2. Предварительная механическая подготовка увлажненных глинистых песков с использованием продольно-поперечной схемы рыхления не обеспечивает в достаточной мере снижения кусковатости и влажности исходного для обогащения материала и позволяет только на 5-10% сократить потери полезного ископаемого с галей.

3. Рыхление массива глинистых песков с формированием межбороздовых гребней и последующей выемкой полезного ископаемого путем их срезания позволяет за счет двух-трехкратной интенсификации процесса естественной подсушки подготавливаемых песков в среднем почти на 60-65% снизить выход продуктов неполной дезинтеграции в галечные хвосты.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлена степень влияния различных факторов на эффективность дезинтеграции глинистых песков применительно к условиям алмазоносных россыпей Западной Якутии.

2. Разработана методика прогнозирования выхода глинистых окатышей и соответственно потерь ценного минерала с плюсовой фракцией при обогащении песков в барабанном грохоте.

3. Предложена методика анализа и подсчета выхода крупных кусков глины в процессе обогащения при предварительной подготовке песков в массиве.

Практическая значимость работы:

1. Установлены оптимальные параметры работы скруббер-бутары.

4

2. Обоснованы схемы рыхления песков при формировании межбороздовых гребней.

3.Разработаны технологические схемы подготовки глинистых песков путем их механического рыхления в зависимости от типа применяемого оборудования и физико-механических свойств песков.

Методы исследования: анализ и обобщение литературных источников и патентных материалов; анализ теоретических разработок и производственного опыта; физическое моделирование и лабораторные эксперименты; наблюдения и исследования в промышленных условиях; математическая обработка экспериментальных данных; графоаналитические методы, а также методы математического моделирования.

Личный вклад автора: сформулированы задачи исследований и разработана методология их решения; проведены теоретические и экспериментальные исследования по выявлению факторов, повышающих качество промывки глинистых песков в барабанном дезинтеграторе; разработана и обоснована методика, позволяющая аналитически прогнозировать степень дезинтеграции высокоглинистых песков в скрубберах и бутарах; разработаны технологические схемы подготовки песков, позволяющие существенно повысить степень извлечения минерала за счет регулирования естественной влажности исходных песков.

Реализация работы. Проведены полупромышленные испытания предложенного способа подготовки глинистых песков. Предложенная технология разработки высоко-глинистых песков принята к внедрению в МГОКе Л К "АЛРОСА".

Апробация работы. Материалы диссертационной работы и её отдельные положения докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Научно-практическая конференция «Проблемы безопасности в природных и технических системах», г Иркутск (1996г); Международная конференция молодых ученых и студентов, Иркутск (1998г); 7-ая Региональная научно -практическая конференция, посвященная 80-летию РС (Я) «Молодые ученые и наука - 2002», г Мирный (2002г); Международная конференция «Проблемы развития минеральной базы Восточной Сибири», г Иркутск (2002г., 2004г., 2005г.); Научно-практическая конференция, посвященная памяти С.Б.Леонова «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств», г Иркутск (2004г), а также на кафедре открытых горных работ ИрГТУ (2004, 2005г).

Публикации: По теме диссертации опубликовано пять работ и подана заявка на изобретение.

Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, пяти приложений, изложена на 217 страницах машинописного текста, включая 90 рисунков, 54 таблицы и библиографический список литературы из 118 наименований.

Основное содержание работы

В первой главе диссертации приводится обзор состояния и основные направления совершенствования разработки глинистых россыпей.

Во второй главе рассматриваются теоретические и технологические основы управления процессом дезинтеграции.

В третей главе дан анализ состава глин одной из алмазоносных россыпей, а также рассмотрена методика проведения экспериментальных исследований по оценке промывистости глинистых пород.

В четвертой главе представлены результаты исследования эффективности промывки глинистых песков с исходной кусковатостью менее 20 мм.

В пятой главе исследовались факторы, определяющие интенсивность дезинтеграции глинистых окатышей крупностью более 20 мм, намечены мероприятия по предварительной подготовке глинистых песков.

В шестой главе предложены технологические схемы рыхления глинистых песков и сделана их технико-экономическая оценка.

В рамках решения указанных выше задач защищаются следующие научные положения:

1. Качество промывки глинистых песков в барабанных дезинтеграторах в наибольшей степени зависит от кусковатости и влажности поступающего материала, а также содержания и формы крупнообломочных фракций в нем, то есть от параметров, которые могут регулироваться только в процессе предварительной подготовки песков к обогащению.

Решению проблем дезинтеграции глинистых песков посвящено много научных трудов. Свои изыскания, направленные на совершенствование технологии обогащения глинистых песков, проводили Р.К.Герд, Л.П.Мацуев, В.А.Мещеряков, В.В.Троицкий, Т.В.Тумольская, К.И.Яфаров и др.

Для выполнении исследований по выяснению влияния на эффективность дезинтеграции глины таких факторов как: крупность фракций вмещающих зерен; температура технологической воды; количественное соотношение жидкого к твердому; влажность породы; первоначальный размер кусков; частота вращения цилиндрического дезинтегратора и наличие порогов в нем было принято решение об использовании физической модели барабанного дезинтегратора.

По результатам ренгенографического анализа исследуемых образцов глинистых пород, проведенного в лаборатории института ЯНИГП ЦНИГРИ (условия съемки: Дроп-2,0, СиКа излучение, У=40 кв, 1=20 ма), было установлено: содержание кварца - 33%; полевых шпатов - 15%; глинистой составляющей - 52%. Анализ глинистой отмывки выявил содержание минералов: монтмориллонита - 27%; гидрослюды - 19%; каолинита - 46%, галуазита - 8%.

Минимальное содержание в пробах крупных фракций (кл.+10 мм не более 5%) позволило в дальнейших экспериментах исключить интенсифицирующее влияние обломочного материала на эффективность дезинтеграции глины.

В процессе исследований влияния на дезинтеграцию отдельных факторов (скорости вращения барабана, времени промывки, температуры воды, наличия крупнозернистых фракций, размера кусков, соотношения Ж:Т) остальные параметры и характеристики пород оставались неизменными и соответствовали средним условиям эксплуатации одной из россыпей Западной

б

Якутии. При этом испытания проводились для относительно сухих и сильно увлажненных образцов (влажность 10 и 24%).

В ходе лабораторных исследований было обработано 236 проб глинистых пород. Вес отдельной пробы составлял 1,5-5,0 кг в зависимости от условий эксперимента. Достоверность построенных кривых в представленных зависимостях подтверждается довольно высоким корреляционным соотношением в пределах 0,63-0,94.

На рисунке 1 приведен график эффективности промывки в зависимости от частоты врашения лабораторного дезинтегратора, которая задавалась набором сменных шкивов разного диаметра.

Критическая скорость вращения промышленного скруббера СБ-12И составляет 37 мип"1, лабораторного - 74 мин"1. При промывке в лабораторных условиях глинистых проб, взятых с месторождения "Горное", наилучший дезинтегрирующий эффект был достигнут при частоте вращения барабана в пределах 60-85% от критической скорости, а также при угловой скорости вращения в пределах 45-60% от критической с вмонтированными внутрь барабана штыревыми рыхлителями.

п 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Степень приближения к кршической скорости вращения N. %

N -частота вращения барабана в % от кршической скоросш, - исходпая влажность пробы, % Рисунок 1 -Зависимость эффективности промывки глины от степени приближения скорости вращения барабана к критической

Использование штыревых рыхлителей позволяет повысить эффективность дезинтеграции по классу крупности -0,2 мм более чем на 30%. При уменьшении остаточной влажности проб до 10% эффективность дезинтеграции глины возросла более чем на 20%. При этом угловая скорость вращения барабана, при которой достигнут максимальный дезинтегрирующий эффект, составила не более 35% от критической.

По результатам наблюдений за эффективностью дезинтеграции глины от времени промывки в барабанном дезинтеграторе (рисунок 2) было установлено:

- эффективность промывки резко нарастает на интервале времени от нуля до трех минут. На рассматриваемом интервале времени эффективность дезинтеграции достигает значений равных 28% (при W=24%) и 51% (при W=10%) соответственно. Затем наблюдается резкое снижение темпа нарастания эффективности (с 13 до 4%) при каждом последующем увеличении времени промывки на 5, 7, 15, 30 мин;

20 30 40

Время дезинтеграции, 1, мин

Рисунок 2 -Зависимость дезинтеграции

эффективности промывки от времени

- увеличение влажности исходной пробы на 14% (с 10% до 24%) приводит к резкому увеличению (в 1,7 раза) количества глинистых окатышей, а также средневзвешенного диаметра окатышей (в 1,3 раза).

Повышение температуры воды способствует более интенсивному растворению веществ, связывающих глинистые частицы, в результате чего эффективность промывки повышается. На основе анализа полученных зависимостей (рисунок 3) были сделаны следующие выводы:

1 : 1

Е-0,0000281 Т2+0,0(Ю876Т+ 0,6 приУ/ 11% ' с-

«

■е-•е-

Г)

' Для Ш-24%

- 1 Е ОМ00006Тэ-0,000018Г!Ю,0005Т+0,Ч46, при Т»20|>С,

2 Ь-0,52 при Т < 20°С_

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Л емпература эоды, Т, град

Рисунок 3 - Зависимость эффективности дезинтеграции от температуры

воды

- с увеличением температуры воды от 0°С до 78°С происходит рост интенсивности дезинтеграции на 15-25% в зависимости от остаточной влажности породы.

- темп роста эффективности дезинтеграции при нагревании воды до температуры 50°С постоянный и составляет в среднем 2-3% на каждые 10°С ее повышения. На каждое последующее повышение температуры на 100С (до 800С) эффективность дезинтеграции возрастает на 4, 5, 6% соответственно.

- при снижении влажности до 10% наблюдается повышение эффективности промывки в среднем на 10%.

С увеличением средневзвешенной крупности обломочного материала возрастает и интенсивность истирания глинистого материала. Функция изменения эффективности дезинтеграции глинистых песков от их гранулометрического состава представлена прямой зависимостью (рисунок 4). С увеличением соотношения средневзвешенного размера промываемых пород к диаметру скруббера в 3-4 раза эффективность дезинтеграции повышается на 25-30%.

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Соотношение средневзвешанного размера глинистых песков и диаметра скруббера, проц

Каср- соотношение средневзвешенного размера частиц глинистых песков

и диаметра скруббера, проц Рисунок 4 - Зависимость эффективности дезинтеграции от соотношения средневзвешенного размера глинистых песков и диаметра скруббера

По данным геологической службы, средневзвешенный выход зернистого материала на месторождении "Горное" равен с!=7,9 мм, следовательно, эффективность дезинтеграции глинистых песков по классу крупности -20 мм с исходной влажностью 17-23% и времени промывки в скруббере (диаметром 1300 мм) не более 1,5 минуты составит в среднем менее 50% (см. рисунок 4).

Анализ экспериментальных данных показал, чю с увеличением количества воды в лабораторном дезинтеграторе в пределах Т:Ж от 1 :'1 до 1:7 эффективность дезингеграции сначала возрастает, а затем выравнивается и держится на одном уровне (рисунок 5). Эффективность дезинтеграции песков непо-

средственно зависит от водно-шламового режима процесса обогащения. Как показали эксперименты, содержание взвесей в технологической воде не должно превышать 100 г/л.

Отношение ТЖ

К гл[ - соотношение количества породы и воды

Рисунок 5 - Зависимость эффективности дезинтеграции от расхода воды

Известно, что с увеличением крупности кусков глины и её содержание в породах требуется продолжительная промывка или повышенная интенсивность дезинтеграции, что не всегда удается осуществить в процессе обогащения. Исследованиями установлено, что предварительное замачивание или подсушивание глин приводит к изменению их физико-механических свойств, что способствует при определенных условиях сокращению времени дезинтеграции.

Для лабораторных наблюдений были подобраны куски глины средней крупностью 50-100 мм (16-31% от диаметра барабана), а также отсев по классу -30+10 мм (3-9% от диаметра барабана). Для получения минимальной остаточной влажности породу сушили в лабораторной электрической печи, а максимальная влажность глины была получена в результате предварительного ее замачивания в воде в течение суток.

По результатам анализа лабораторных исследований были сформулированы следующие выводы:

- на эффективность дезинтеграции влияет исходная влажность куска породы;

- немаловажное значение при дезинтеграции имеет средний размер глинистого куска породы. Так при размере куска глины более 16% от диаметра барабана, максимальная насыщенность водой составила 30%, в то время как для крупности материала менее 9% от диаметра барабана это значение выросло до 43%;

- независимо от первоначального размера куска при остаточной влажности глины в пределах 10—15% эффективность дезинтеграции составляет более 90%;

- эффективность дезинтеграции находится в линейной зависимости от исходной влажности на интервале от 0 до 25% независимо от крупности промываемых кусков глины;

- эффективность дезинтеграции минимальна (менее 40%) для глин, предварительно замоченных в воде, с крупностью куска более 16% от диаметра скруббера.

С увеличением исходной влажности глины выше 20% эффективность дезинтеграции будет напрямую зависеть от кусковатости. Предварительное замачивание в воде глинистых кусков крупностью менее 0,091)б (Т)6 - диаметр скруббера) позволяет повысить эффективность дезинтеграции глинисто-илистой фракции более чем на 90% (рисунок 6). С увеличением среднего размера куска глины более чем в 1,5 раза при одинаковых условиях предварительной подготовки пробы к промывке наблюдается снижение эффективности дезинтеграции практически в два раза.

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Влажность I лины, %.

Рисунок 6 - Зависимость эффективности промывки от естественной влажности глины при средневзвешенном размере куска глины менее 9% от диаметра барабана

Куски глины с первоначальным размером (0,16^0,31 )Об с естественной влажностью 24% практически не размываются и их количественный показатель на выходе остается на том же 100% уровне, что и при загрузке в барабан (рисунок 7). Однако эффективность дезинтеграции останется высокой (более 80%) для кусков глины с исходной влажностью 20^24% при условии, что максимальный размер куска породы с!к, поступающего на промывку в скруббер, не будет превышать 3% от диаметра барабана.

Существует зависимость между эффективностью дезинтеграции и скоростью уменьшения диаметра окатышей. Причем скорость истирания окатыша обратно пропорциональна размеру глинистого куска. С увеличением диаметра окатыша в 10 раз (с 0,030,5 до 0,3106) скорость истирания уменьшится более чем в 12 раз и наоборот (таблица 1).

п

Таблица 1 - Средневзвешенная скорость истирания окатыша в

зависимости от его диаметра

Условия дезинтеграции кусков глины Средневзвешенпая скорость уменьшения диаметра окатышей, мм/мин

0,031>б 0,060б 0,16Ь6 0,3№б

Без обломочного материала при влажности глины 24% 6,2 2,8 0,5 0,5

100 90

0

1 70 Е во

0

1 50

1 40

| 30

Я 20

ш

10 о

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 Время промывки глинистых кусков, мин

Рисунок 7 - Выход окатышей в зависимости от времени промывки кусков глины с первоначальным размером <1к и влажностью \¥=24% без добавок обломочного материала

Установлено, что предварительно подсушенные глины до нулевой влажности быстро поглощают воду за счет коллоидного вещества оболочек глины. При промывке кусков глины крупностью (0,16—0,31 )Рб с остаточной влажностью >У=12% без добавок обломочного материала их полное разрушение произойдет менее чем за 2 минуты (рисунок 8).

В ходе проведенных наблюдений за выходом окатышей с первоначальным размером глинистого куска менее 0,Шб установлено, что при контакте с водой куски с минимальной влажностью практически полностью разлагаются без механического воздействия.

При промывке в лабораторном дезинтеграторе кусков глины с добавлением обломочного материала округлой формы крупностью -0,08+0,02Эб (в пересчете на реальные условия эксплуатации класс -100+20 мм) в объёме 40% (средневзвешенная величина по месторождению "Горное") от общей массы пробы, на выходе наблюдается полное отсутствие окатышей при промывке кусков размером менее 0,060б.

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 Время промывки глинистых кусков, мин

Рисунок 8 - Выход окатышей в зависимости от времени промывки кусков глины с влажностью '\У=12% без добавок обломочного материала

Время полного разрушения окатышей крупностью 0,160б сократилось при добавлении галечника по сравнению с плитняком в среднем на 63% (с 36 до 13 мин). Для кусков крупностью 0,3 Шб при промывки в течение часа с плитняком, выход окатышей составил в среднем 75%. Использование в последующих опытах галечного материала привело к полному отсутствию окатышей после 57 минут промывки в дезинтеграторе. Однако на интервале времени в пределах одной минуты, для крупности кусков глины более 10% от диаметра барабана при промывке с обломочным материалом любой конфигурации выход окатышей в хвосты превысит 90%.

Резкое сокращение выхода непродезинтегрированных глинистых окатышей в хвосты происходит для кусков с первоначальной крупностью более 0,06Вб (на 78% от использования галечного материала и на 43% от использования плитняка, таблица 2). Куски меньшего диаметра практически полностью дезинтегрируются.

Таблица 2 -Сводные данные выхода глинистых окатышей при

промывке в лабораторном дезинтеграторе в течение одной минуты

Условия дезинтеграции кусков глины Выход непродезинтегрированных окатышей, %

0,03Бб 0,060б 0,160я 0,3106

Без добавки обломочного материала при влажности глины 24% 33 78 100 100

С добавками плитняка при влажности глины 24% - 35 100 100

С добавками гали при влажности глины 24% - - 95 100

Без обломочного материала при влажности глины 12% - - - 30

Таким образом, па скорость истирания поверхности окатыша оказывает влияние не только диаметр окатыша, но и конфигурация обломочного материала.

Наличие на многих россыпных месторождениях техногенных запасов галечного материала позволяет разрабатывать технологические схемы разработки глинистых отложений с усреднением (по крупности) обогащаемой горной массы.

Таким образом, результатами исследований подтверждается, что основными факторами, обуславливающими эффективность дезинтеграции глинистых пород в существующих барабанных грохотах являются их влажность и гранулометрический состав, а также первоначальный размер кусков.

Из сказанного выше также следует, что указанные параметры, в наибольшей степени определяющие эффективность дезинтеграции глинистых пород (их влажность и гранулометрический состав, первоначальные размеры кусков и их наличие, а также форма крупнообломочных включений), могут изменяться (регулироваться) только в процессе их предварительной подготовки.

2. Предварительная механическая подготовка увлажненных глинистых песков с использованием продольно-поперечной схемы рыхления не обеспечивает в достаточной мере снижения кусковатости и влажности исходного для обогащения материала и позволяет только на 510% сократить потери полезного ископаемого с галей.

Вопросами предварительной подготовки глинистых песков перед промывкой занимались В.П.Дрободенко, В.Е.Кисляков, М.В.Костромин, А.А.Матвеев, Т.С.Потапова, В.Г.Пятаков, A.B. Рашкин, В.Ф.Хныкин и др.

Изучение опыта подготовки глинистых песков с помощью предварительного механического рыхления показало, что эффективность промывки при этом возрастет далеко не всегда, что связано как с составом глинистого материала, так и с технологией его подготовки.

В процессе изысканий эффективных схем рыхления песков, обеспечивающих минимизацию выхода кусков глины с площадью поперечного сечения более 0,02 м2 (линейный размер более 140 мм), были выполнены следующие исследования:

- для сравнительной оценки эффективности использования рыхлителя как с технологической стороны, так и с экономической точек зрения испыты-вались два типа бульдозеров (ДЗ-126 -база ДЭТ-250М и D-355A "КОМА-TSU");

- при рыхлении песков применялись схемы движения рыхлителей смежными заездами (рисунок 9) и продольно-поперечными заездами (параллельно-перекрестным ходом);

- сплошное рыхление площади производилось с формированием межбороздового гребня и без формирования (рыхление сетки 0,5x0,5 м не позволяет формировать межбороздовый гребень, так как происходит закатывание каждого последующего гребня гусеницами бульдозера);

- при рыхлении экспериментально устанавливалась конфигурация межбороздового гребня, его основные геометрические параметры, фиксировалась полученная крупность кусков при комбинации схем рыхления;

- оценивалась возможность эффективного использования метода естественной подсушки песков в межбороздовом гребне с целью повышения их дезинтегрирующей способности.

Межбороздовый гребень

Рисунок 9 - Схема движения рыхлителя при формировании межбороздового гребня смежными заездами

Для промышленного эксперимента был подобран участок с максимально возможным содержанием глинистой фракции с исходной влажностью пород 20-25%. Содержание фракции крупностью -0,2+0мм на данном учас!ке составило в среднем 72%. Поверхность участка представляла собой наносы мелкозернистой фракции песка, ила и глины мощностью в среднем около 1,2 м, покрывающие промышленную часть балансовых запасов.

Была оконтурена площадь размерами 130x50 м с последующим делением на четыре подучастка. На первом подучастке порода без предварительной подготовки рыхлением срезалась отвалом бульдозера и укладывалась за контур в навал высотой около одного метра и шириной в один отвал бульдозера (вариант 1). Второй подучасток рыхлили на глубину стойки рыхлителя (высота стойки зуба до рамы рыхлителя около 1,1 м) продольно-поперечными заездами с сеткой 0,5x0,5 м с последующим формированием навала за контуром аналогичным образом, что и на первом участке (вариант 2). Площадь третьего подучастка рыхлили смежными заездами с таким расчетом, чтобы сформировать межбороздовый гребень между каждым чётным и предшествующим ему ходом рыхлителя (вариант 3). Четвертый участок рыхлили параллельно-перекрестным ходом, причем перекрестным ходом формировали межбороздовый гребень между каждым чётным и предшествующим ему ходом рыхлителя (вариант 4). Пятый участок подготовили по аналогичной четвертому варианту схеме только с естественным подсушиванием рыхленной поверхности в течение сеток. В третьем, четвертом и пятом вариантах породу выталкивали в навал, не заглубляя отвал бульдозера в грунт, а только срезая образованные от рыхления межбороздовые гребни.

15

Прогнозный выход продуктов неполной дезинтеграции (глинистых окатышей) в галечные хвосты при анализе первых двух вариантов подготовки глинистых песков приведен в таблице 3. За исходные данные для дальнейшего анализа приняты результаты, полученные в ходе сплошной выемки песков без их предварительной подготовки рыхлением (вариант 1).

Таблица 3- Выход глинистых окатышей в хвосты бутары в зависимости от применяемой схемы подготовки

Объем промываемых песков за учег- пый период, тыс.м3 Объем кусков глины крупностью более 150 мм, подаваемых бульдозером на промывку, тыс. м3 Размер глинистых кусков в бульдозерном навале, м2 Содержание кусков глины в бульдозерном навале песков, % Эффективность дезинтеграции глинистых кусков в скруббср-бутаре, % Прогнозный выход глинистых окатышей в хвосты бутары, тыс.м3

Сплошная выемка песков без их предварительной подготовки (вариант 1)

106,9 26,7 -0,02 (140мм) 5 15 1,1

-0,04+0,03 (187 мм) 48 5 11,6

-0,08+0,05 (255 мм) 28 0 6,9

+0,09 (300 мм) 24 0 6,1

Итого: 25,8

Выемка песков с их предварительным рыхлением продольно-поперечными заездами (вариант 2)

106,9 25,6 -0,02 (140мм) 20 15 4,4

-0,04+0,03 (187 мм) 34 5 8,3

-0,08+0,05 (255 мм) 22 0 5,6

+0,09 (300 мм) 24 0 6,1

Итого: 24,4

Выход крупных глинистых кусков после рыхления массива по традиционной технологии в перемещаемом вале бульдозера при подаче полезного ископаемого на промывочный прибор, а также их процентный выход в галечные отвалы значительно не изменился и составил 5-10%. На результат повлиял низкий выход кусков крупностью менее 140 мм в перемещаемом бульдозерном вале (5% для первого варианта и 20% для второго). Одной из причин этого является то, что при попытке формирования минимальной сетки рыхления (вариант 2), бульдозер начинает закатывать гусеницами разрыхленные породы при каждом последующем ходе. Так, например, при оптимальной сетке рыхления 0,5x0,5м бульдозеры 0-355А или ДЗ-126 с шириной траков более 0,6м в процессе рыхления пройдут по одному и тому же зарых-ленному месту четыре раза: вдоль - два раза; поперек - два раза.

На рисунке 10 показан бульдозерный навал, сформированный в результате выемки песков, предварительно подготовленных традиционными схемами рыхления (размер ячейки масштабного шаблона равен 0,2 *0,2м). Из

16

рисунка следуе I, что кусковатость подготовленных глинистых песков остается достаточно высокой.

Рисунок 10 - Бульдозерный навал глинистых песков, предварительно подготовленных традиционными схемами рыхления

Таким образом, установлено, что предварительная механическая подготовка влажных г линистых песков с использованием сущес шующих схем рыхления позволяет лишь в незначительной степени уменьшить кусковатость и влажное 1ь исходного для обращения материала и, следовательно, в весьма небольшой степени на 5—10% сократить потери с галей полезною ископаемого.

3. Рыхление массива глинистых песков с формированием межбороздовых гребией и последующей выемкой полезного ископаемого путем их срезания позволяет за счет двух-трехкратной интенсификации процесса естественной подсушки подготавливаемых песков в среднем почти на 60-65% снизить выход продуктов неполной дезинтеграции в галечные хвосты.

Расмотрим порядок формирования межбороздового гребня, образованного двумя смежными заездами рыхлителя. После рыхления первой полосы начинается формирование второй, смежной. Ширина разрабатываемого участка в 30 м позволяет при достижении контура площадки не разворачивать бульдозер, а на задней передаче со скоростью, в 2-2,5 раза превышающей скорость рабочего хода, возвратиться к тому же краю, от которого начато рыхление. На новой заходке рыхлитель смешается вперед по фронту формирования с таким расчетом, чтобы внутренняя сторона правого трака (относительно рабочего хода рыхлителя) вплотную примыкала к нижней бровке гребня, образованного от первой заходки. После того как сформируйся первый гребень, бульдозер переезжает по аналогичной схеме для формирования второго гребня. При этом внешняя сторона правого трака вплотную примыкает к нижней бровке первого гребня, но уже с противоположной стороны.

На рисунке 11 показаны межбороздовые гребни, сформированные бульдозером 0-355А на участке с содержанием глинисто-илистой фракции в исходных песках более 70% при влажности \У=25%. Установлено, что на параметры межбороздового гребня оказывает влияние содержание глинистой фракции в исходных песках, а также их исходная влажность. В результате сравнительных наблюдений за параметрами межбороздовых гребней, сформированных на участках с одинаковой влажностью песков (20-25%), но с разным содержанием глины, были сделаны следующие выводы:

- объем песков в межходовых гребнях был в 1,7 раза мепыле на участке, где содержание глинистой фракции в песках не превышало 27%, по сравнению с участком, где содержанием глины превышало 70%;

- выход крупных кусков глины сечением более 0,04 м2 практически полностью отсутствует на участке с содержанием глины менее 27%, а при содержании глины 70% этот показатель вырос более чем на 30%;

- независимо от влажности исходных песков при низком содержании глины в песках (менее 10-15%) межбороздовые гребни практически не формируются.

Рисунок 11 - Межбороздовые гребни, сформированные параллельным ходом рыхлителя 0-355А, на учаегке с содержанием глинисто-илистой фракции в исходных песках более 70% при влажности ^^=25%

На объем гребня влияет конструкция рамы стойки рыхлителя. На бульдозере 0-355А установлена параллелограмм пая подвеска рамы крепления зуба с гидроцилиндром изменения угла наклона стойки. Такая конструкция позволяет обеспечить неизменность угла резания на любой глубине рыхления или его дистанционное регулирование по мере необходимости. Это преимущество гидроцилиндра по сравнению с жесткой распоркой (бульдозер ДЗ-126) позволяет увеличить объем разрыхленных песков в фебне до 27%.

Было установлено, что пески в межбороздовых хребнях успевают подсохнуть в летнее время до остаточной влажности 10% в течение одного пол-

ного светового дня. Последующее увеличение времени есшственного подсушивания лишь незначительно увеличивает объем песков с 10% влажностью.

Помимо межбороздового гребня пески подсыхают и в бульдозерной колее. Промышленными наблюдениями установлено, что интенсивность подсыхания песков, укатанных гусеницами бульдозера, почти в четыре раза выше, чем у целиковых нетронутых песков. Эта особенность позволяет нам дополнительно зарезаться отвалом бульдозера в пески на глубину до 0,2 м. У предложенного способа подготовки с предварительным подсушиванием песков есть один недостаток - это ограниченность в использовании, что связанно с погодными условиями региона. Наилучший эффект способ будет иметь в северных районах только летом.

Результаты наблюдений за выходом глинистых кусков крупностью более 140 мм в зависимости от применяемого способа подготовки и выемки сведены в таблицу 4.

Таблица 4 - Показатели экспериментальных наблюдений за выходом глинистых кусков в навале с естественной влажностью 25% без предварительной подготовки и с подготовкой рыхлением___

Выход кусков ГЛИНЫ различно! о размера, % « м я а в £ Выход крупных кусков (+0,02 м"), шт/м2 а « 5 т и аГ

Схемы подготовки пород I -0,02 м2 м ё -» в в т о о + "г 00 о о V) о ¥ Г« С\ О о + I я „ а Б - а» а а • д в а Ч й 8 * V ч | £ с. 5 и в Содержание гл» стых кусков в песков, % Обьем готовь песков в греб! м3/м3

Первый вариант 5 43 28 24 0,08 3,8 25 -

Второй вариант 20 34 22 24 0,07 27 24 -

Третий вариант 51 и 52' 31 и 25* 14 и 20* 4 и 3* 0,03 и 0,03* 2,8 и 3,1* 9 и 10* 0,09"

Четвертый вариант 37 и 45* 27 и 26" 23 и 20* 13 и 9* 0,05 и 0,04* 3,1 и 3,8' 15 и 13* 0,20"

Пятый вариант 41 и 26* 40 и 35* 19 и 19* 1 и 20* 0,03 и 0,05* 3,7 и 3,0* 12 и 15* 0,28"

* - показатели сняты при анализе межбороздовых гребней;

** - данные, полученные с учетом коэффициента разрыхления Кр=1,1.

При анализе результатов полевых исследований следует акцентировать внимание на следующих моментах:

- в вариантах 1 и 2 отмечается практически одинаковый выход глинистых кусков в навале (25% и 24% соответственно);

- в вариантах 3 и 4 удалось избежать укатывания зарыхленных песков, а формирование межбороздовых гребней помогало решить вопрос снижения выхода крупных кусков (сечением более 0,02 м2) в навал. Как уже подчерки-

валось выше, при выемке песков отвалом бульдозера срезается только сформированные межбороздовые гребни. Применение предложенного способа по сравнению с предыдущими вариантами позволяет снизить выход крупных кусков сечением +0,09 м2 более чем в два раза и увеличить выход кусков крупностью 0,02 м2 в среднем на 20-30%;

- в варианте с применением схемы поперечно-продольного рыхления наблюдается рост средневзвешенного сечения негабаритов с 0,04 м2 в межбороздовом гребне до 0,05 м2 в навале. При этом количество негабаритов, приходящиеся на единицу площади, снижается с 3,8 шт/м2 до 3,1 шт/м2, а содержание негабаритов в кубометре песков в навале возрастает с 13 до 15% соответственно. Объясняется это интервалом времени, в пределах которого происходит наполнение отвала бульдозера породой и ее перемещение до места разгрузки. Например, объем готовых к выемке песков в варианте 3 меньше чем в варианте 4 практически в два раза, так как в последнем случае параметры образованных гребней значительно больше (рисунок 12). При длине разрабатываемого участка 40 м для бульдозера Б-355А в варианте 3 время, затрачиваемое на наполнение отвала составляет в среднем 50% от всего времени рабочего хода бульдозера, а в варианте 4 - 20%. Следовательно, в варианте 4 интенсивность наполнения отвала породой выше на 30%, а вместе с ней больше и сила взаимодействия между крупными глинистыми кусками (сечением 0,02 м2), что приводит к их взаимному слипанию.

- в пятом варианте с естественной подсушкой песков в межбороздовых гребнях до остаточной влажности 13% наблюдается противоположная картина. Так, выход глинистых кусков в межбороздовом гребне сечением 0,02 м2 ниже в среднем на 20% по сравнению с выходом негабаритов сечением 0,09м2. Однако, в навале песков наблюдается прирост количества кусков глины данной крупности. Это связано с тем, что частично подсушенные негабариты теряют свои пластичные свойства и ломаются при механическом воздействии.

Рисунок 12 - Параметры межбороздового гребня, сформированного смежными заездами, при параллельно-поперечной схеме рыхления

Таким образом, рыхление массива глинистых песков с формированием гребней за счет двух-трехкратной интенсификации процесса их естественной

20

подсушки на солнце в течение полного светового дня позволяет почти на 6065% снизить выход продуктов неполной дезинтеграции в галечные хвосты.

По результатам предварительных расчетов прирост выручки от использования предложенного метода подготовки глинистых песков по сравнению с базовым вариантом (без подготовки рыхлением) составит 16-22%. Ежегодпая экономическая эффективность горных работ в условиях разработки участка алмазной россыпи, отрабатываемой с одним промприбором, превысит 20,0 млн.р.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований предложено новое решение актуальной научно-практической задачи по выбору и обоснованию технологии разработки глинистых россыпей с использованием предварительной подготовки песков рыхлением, обеспечивающим повышение эффективности последующей дезинтеграции высокоглинистых песков.

Наиболее важные научные и практические результаты выполненных исследований приведены ниже:

1. В наибольшей степени повышение качества промывки глинистых песков в барабанном дезинтеграторе обеспечивается за счет изменения кус-коватости, влажности и гранулометрического состава исходных пород, а также расхода воды и времени дезинтеграции. Меньшее влияние на дезинтеграцию песков оказывают температура воды и частота вращения барабана.

2. С увеличением соотношения средневзвешенного размера частиц промываемых песков и диаметра скруббера в 3-4 раза эффективность дезинтеграции повышается на 25—30%.

3. При промывке высокоглинистых песков необходимо предусмотреть мероприятия по повышению средневзвешенного размера частиц в исходных песках за счет добавок в них галечного материала из хвостов бутары или драг.

4. Предварительное снижение влажности подготовленных к промывке глинистых песков с 24% до 10% позволяет повысить эффективность дезинтеграции более чем на 30%.

5. Подсушка глинистых песков до остаточной влажности 10% с последующей промывкой в скруббере позволяет полностью исключить выход глинистых окатышей в галечный отвал при первоначальном размере глинистого куска менее 20% от диаметра барабана.

6. Дезинтеграция глинистых кусков с исходной влажностью 20-25% и крупностью менее 10% от диаметра барабана при добавлении округлого галечного материала происходит на 35% лучше, чем с плитняком.

7. Предварительная механическая подготовка увлажненных глинистых песков с использованием существующих схем рыхления позволяет лишь в незначительной степени уменьшить кусковатость и влажность исходного для обогащения материала и только на 5-10% сократить потери с галей полезного ископаемого.

8. Предварительное механическое рыхление исходных песков с формированием гребней позволяет практически в два раза уменьшить содержание в подготовленном для обогащения навале глинистых кусков крупностью более 140 мм, интенсифицировать процесс их естественной подсушки в 2,5-3,0 раза и, тем самым, полностью исключить выход глинистых окатышей в галечный отвал.

9. Параметры межбороздовых гребней, сформированных при рыхлении разными типами бульдозеров, особых отличий не имеют. Однако с учетом себестоимости рыхления песков более выгодно (в четыре раза) использование менее мощных бульдозеров.

10. Максимальные параметры гребней при рыхлении и наибольшая их трещиноватость обеспечиваются за счет двукратных параллельных (смежных) заездов однозубого рыхлителя со смещением хода в пределах 10-15% от ширины его колеи при минимальном угле резанья пород.

11. Переход от схемы рыхления песков смежными ходами к схеме с параллельно-перекрестными ходами позволяет увеличить объем гребней практически в два раза.

12. Предварительная подготовка песков бульдозером 0-355 (или ДЗ-126) приводит к удорожанию выемки на 13,7% (или 5,2%) соответственно. Но при этом снижается выход продуктов неполной дезинтеграции в галечные хвосты до 40-45%, а случае использования метода естественного подсушивания сформированных гребней до 60-65%.

13. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения мероприятий но предварительной подготовке глинистых алмазоносных песков в ценах 2С05 года может составить до 30 млн.руб/год при работе одной промывочной установки с сезонной производительностью 152,5 тыс.м3.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах;

1 .Красноштанов Н.В., Тальгамер.Б.Л. Пути повышения дезинтеграции глины //Молодые ученые и наука - Мирный: Мирнинская городская типография. - 2002. - С. 169-171.

2.Красноштанов Н.В., Тальгамер Б.Л. Улучшение дезинтеграции глинистых песков в барабанных грохотах//Проблемы развития минеральной базы Восточной Сибири. -Вып.2 - Иркутск: Изд-во ИрГТУ. -2002. - С.37-39.

3.Красноштанов Н.В., Тальгамер Б.Л. Некоторые результаты исследований эффективности размыва глинистых пород с использованием модели барабанного дезинтегратора//Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири. -Вып.4 - Иркутск: Изд-во ИрГТУ. -2004. - С.67-72.

4.Красноштанов Н.В., Тальгамер Б.Л. Повышение эффективности промывки глинистых песков в барабанном дезинтеграторе//Г1ерспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ. - 2004.-С. 12-13.

5.Красноштанов Н.В., Тальгамер Б.Л Подготовка глинистых песков к промывке//Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири. -Вып.5 - Иркутск: Изд-во ИрГТУ. -2005. - с.57-60.

22

. Формат 60 х 84 / 16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. . Уч.-изд. Тираж ГО0 экз. Зак.289.

ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

«И 7 7 3 7

РНБ Русский фонд

2006-4 14519