Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка комбинированной технологии механоактивации руд с целью повышения эффективности выщелачивания

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Сыса, Артем Анатольевич

Введение

Глава I. Анализ литературных данных

1.1. Выводы и постановка задач исследования

Глава II. Теоретическое исследование процесса выщелачивания

2.1. Выводы

Глава III. Исследование и разработка устройств для механоактивации материалов 67 3.1. Выводы

Глава IV. Разработка методов использования усовершенствованной

Технологии процесса выщелачивания

4.1. Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка комбинированной технологии механоактивации руд с целью повышения эффективности выщелачивания"

Актуальность работы. В настоящее время большинство месторождений цветных металлов содержит бедные и убогие руды, для которых используются химические методы обогащения, повышающие рентабельность переработки руд.

Для отходов добычи и обогащения руд, скопившихся в огромном количестве на дневной поверхности и наносящих вред окружающей среде, также используются химические методы и главным образом геотехнологический метод селективного выщелачивания цветных металлов.

Использование хвостов обогащения в качестве закладочных и строительных материалов становится возможным после применения доизвлечения остатков металлов.

Перечисленные сложные задачи могут быть решены только в случае применения механической активации материалов, значительно ускоряющей процесс выщелачивания.

Наиболее перспективным методом интенсификации многих технологических процессов является механическая активация материалов, однако многие конкретные параметры технологии этого процесса для руд, подвергаемых выщелачиванию, отсутствуют.

С учетом вышеизложенного, разработка технологии механической активации руд в сочетании с химическим воздействием на обрабатываемые руды с целью повышения эффективности выщелачивания является актуальной задачей.

Цель работы - разработать усовершенствованную технологию комбинированной механоактивации руд перед выщелачиванием на основе использования усовершенствованной модели процесса, учитывающей сокращение площади реагирования.

Методы исследований. При выполнении исследования использовались методы аналитических исследований и математического моделирования. Проводились лабораторные исследования с использованием аппаратов для измельчения, дезинтеграции и механической активации твердых материалов. Результаты экспериментов систематизированы с применением современного компьютерного оборудования и программного обеспечения.

Научная новизна.

- Уточнена модель процесса выщелачивания за счет учета темпа убывания активированной площади реагирования рабочего раствора и материала, содержащего извлекаемый металл.

- Определен вид энергии, непосредственно затрачиваемой на увеличение поверхностной энергии частиц материала.

- Разработан метод интенсификации экстракции металлов с использованием оптимального устройства для механоактивации.

Практическое значение.

- Уточненная модель процесса выщелачивания позволит проанализировать влияние технологических факторов, в частности предварительной механоактивации, на эффективность извлечения металлов.

- Положение о распределении подводимой энергии при активации дает возможность определить пути совершенствования процесса, в частности осуществить выбор оптимального устройства для механической активации.

- Предложенная технология переработки руд позволит увеличить эффективность последующих операций за счет использования оптимального устройства для механоактивации и разделения операций уменьшения крупности частиц и увеличения поверхностной энергии.

Основные научные положения.

1. Усовершенствованная модель процесса выщелачивания, учитывающая кинетику сокращения площади поверхности частиц, подвергаемых воздействию рабочих растворов, вследствие роста поверхности продукта реакции.

2. Положение , что механоактивации поверхности частиц материала осуществляется за счет энергии, количество которой пропорционально разности между энергией, подводимой к материалу и затраченной на разрушение.

Апробация и реализация работы. Основные положения работы обсуждались на заседаниях кафедры «Обогащение полезных ископаемых» СКГТУ (1999-2001гг.), «Технологии, механизации и безопасности горных работ» ЮРГТУ (г. Шахты, 2000-2001гг.), на заседаниях «Недели горняка» в МГГУ (г. Москва, 2001г.) и на Международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» (г. Новочеркасск, 2001 г.).

По результатам исследования даны рекомендации по организации твердеющей закладки с использованием хвостов обогащения для шахт Восточного Донбасса. Основные положения диссертации используются в учебном про5 цессе ЮРГУЭС (г. Шахты) при изучении студентами всех специальностей дисциплины «Экология».

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 статей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и приложений, изложенных на 150 стр. текста, содержащих 30 рисунков и список литературы из 112 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Сыса, Артем Анатольевич

4.1 .Выводы.

4.1.1. Разработана новая схема переработки забалансовых руд, учитывающая имеющийся передовой опыт в данной области и включающая операцию механоактивации в высокоскоростных барабанных мельницах.

4.1.2. Доказано, что предварительная активация цемента используемого для приготовления шихты для закладки выработанных пространств рудников, в высокоскоростных барабанных мельницах является высокоэффективной технологической операцией, применение которой целесообразно при утилизации отходов обогащения и добычи руд цветных металлов.

4.1.3. Получены данные доказывающие, что механоактивация отвальных хвостов позволяет на 8-18% увеличить извлечение цинка, свинца и железа из данных отходов и тем самым улучшить их свойства, необходимые для применения в качестве строительных и закладочных материалов.

4.1.4. Механоактивация материалов повышается в присутствии раствора соляной кислоты, концентрация которого изменяется в пределах 4-20%.

4.1.5. Подтверждено предположение о возможности использования механоактивации в высокоскоростной барабанной мельнице для уменьшения растворимости мышьяка, находящегося в отходах обогащения, и и уменьшения степени загрязнения мышьяком окружающей среды,

4.1.6. Показана возможность усиления эффекта механоактивации цемента и других вяжущих веществ за счет подгрузки в мельницу 20-25% от её объёма мелющих тел, состоящих из крупных частиц, выделенных из отходов обогащения.

4.1.7. Представлена методика расчёта экологического ущерба от переработки рудных материалов.

4.1.8. Показана последовательность расчёта эффекта от дообогащения отходов переработки руд с учётом эффекта от использования устройств для механической активации металла.

4.1.9. Представлена функция минимизации расходов на переработку отходов обогащения руд, учитывающая операцию механоактивации.

135

5. Заключение.

В диссертационной работе решена актуальная задача исследования целесообразных путей интенсификации процесса выщелачивания на основе использования его математической модели.

Основные научные и практические результаты работы.

5.1. Механохимическая активация позволяет усилить эффективность процессов извлечения вредных примесей из сточных вод и уменьшить загрязнение окружающей среды.

5.2. Разработана и развита модель процесса выщелачивания как стационарного и одномерного процесса. В основу модели был положен первый закон Фика о диффузии частиц в рабочем растворе. В состава математической модели введена величина, являющаяся мерой турбулентности жидкости при обтекании частиц обрабатываемого материала.

5.3. Получена модификация уравнения, описывающего процесс выщелачивания , учитывающая изменение площади реагирования, через которую осуществляется перенос вещества.

5.4. Предложено устройство для механоактивации материалов перед процессом выщелачивания, представляющее собой высокоскоростную барабанную мельницу самоизмельчения с неподвижной отражательной поверхностью.

5.5. Определена оптимальная форма отражателя, устанавливаемого в устройстве для механоактивации, обеспечивающая минимальный износ рабочей поверхности и имеющая параболическую форму.

5.6. Обнаружена пропорциональная связь между величиной поверхностной энергии частиц м значением их удельной поверхности.

5.7. Разработана новая схема переработки забалансовых руд, учитывающая передовой опыт в данной области и включающая операцию механоактивации в высокоскоростных барабанных мельницах.

5.8. Получены данные, доказывающие, что механоактивация отвальных хвостов позволяет на 8-18% увеличить извлечение цинка, свинца и железа из данных отходов и тем самым улучшить их свойства, необходимые для применения в качестве строительных или закладочных материалов.

5.9. Подтверждено предположение о возможности использования механоактивации в высокоскоростной барабанной мельнице для уменьшения растворимости мышьяка, находящегося в отходах обогащения, и уменьшения степени загрязнения мышьяком окружающей среды.

136

5.10. Показана последовательность расчета эффективности от дообога-щения отходов переработки руд с учетом эффекта от использования устройств для механической активации материала.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Сыса, Артем Анатольевич, Владикавказ

1. Справочник по обогащению руд. Специальные и вспомогательные процессы. М., Недра, 1983.

2. Адамсон А.У. Физическая химия поверхностей. М., Мир, 1979,290 с.

3. Кожевников И.Ю., Менковский М.А., Равич Ю.М. Металлургия, технология угля и неметаллических полезных ископаемых. М., Недра, 1984 г., 327 с.

4. Голик Д.В. Разработка комбинированной технологии кучного и подземного выщелачивания металлов из урановых руд. Автореферат дисс. На соискание ученой степени кандидата техн. наук. Владикавказ, 1995 г., 22 с.

5. Полькин С.И., Адамов Э.В. Обогащение руд цветных металлов. М., Недра, 1983, 400 с.

6. Голик В.И., Пагиев К.Х. Энергосберегающие технологии добычи руд. Владикавказ, «Терек», 1995г. 375 с.

7. Молчанов В.И., Селезнева О.Г., Жирнов E.H. Активация минералов М., Недра, 1988, 208 с.

8. Зеликман А.Н., Вольдман Г.М., Белявская Л.В. Теория гидрометаллургических процессов. М., Металлургия, 1975, 212 с.

9. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск, Наука, 1979г. 192 с.

10. Занин A.M., Кирюхин Д.П. и др. О пульсирующем характере распределения высокотемпературных химических превращений облученных твердых систем, инициированных твердым разрушением. ДАН СССР, 1983, т. 268, №5, с. 1146-1149.

11. Молчанов В.И., Юсупов Т.С. Физические и химические свойства тонкодиспергированных минералов. М., Недра, 1981, 209 с.

12. Лаптева Е.С., Юсупов Т.С., Бергер A.C., Физико-химические изменения слоистых силикатов в процессе механической активации. Новосибирск, Наука, 1981, 179 с.

13. Кулебакин В.Г. Бактериальное выщелачивание сульфидных минералов. Новосибирск, Наука, 1978, 260 с.

14. Юсупов Т.С., Голосов С.И., Гусев Г.М. Деструкция некоторых сульфидов, и оксидов в процессе полного измельчения и механической активации. В кн. IX Междунар. конгресс по обогащению полезных ископаемых . Прага, 1970, с.22-26.

15. Петере К. Механохимические реакции при измельчении. В кн. Труды Европейского совещания. М., Изд-во литературы по строительству, 1966, с. 80-83.

16. Боровиков В.Ю., Бутягин П.Ю. Природа и свойства активных центров, образующихся при механическом разрушении твердых тел. ДАН СССР, 1971., т. 138, № 3, с. 618-621.

17. Thiesen Р., Mayer G., Heinike К. Grundlagen der Tribochemie . Berlin, 1977, s. 194.

18. Болдырев В.В. О кинематических факторах, определяющих специфику механохимических процессов в неорганических системах.- Кинетика и катализ, 1982, т. XIII, вып. 6, с. 1411-1421.

19. Чантурия В.А., Федоров A.A., Чекушина Т.В. и др. Электрохимическая интенсификация процесса вскрытия упорных золотосодержащих руд. Горный журнал, 1997, № 4, с. 21-22.

20. Кротова H.A. Развитие исследований в области механоэмиссии и механохимии твердых тел. Фрунзе, 1974, с.9-14.

21. Буянова Н.Е., Карнаухов А.П. Определение удельной поверхности твердых тел хроматографическим методом тепловой десорбции аргона. Новосибирск, Наука, 1965 г., 430 с.

22. Зуев В.В., Мочалов H.A., Щербатов А.И. Физические свойства минералов и других твердых тел как функция их энергоплотности. Обогащение руд, 1998, № 4? 19-21.

23. Берестецкая И.В., Бутягин П.Ю. Механохимическая активация поверхности оксида магния.- ДАН СССР, 1981, т. 260, № 2, с. 361-362.

24. Чантурия В.А., Федоров A.A., Бунин И.Ж. и др. Изменение структурного состояния поверхности пирита и арсенопирита при электрохимическом вскрытии упорных золотосодержащих руд. Горный журнал, 2000, № 2, с. 24-27.

25. Ходаков Г.С. Физика измельчения., Наука, 1972, 280 с.

26. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. М., Недра, 1982, 336 с.

27. Корнева Т.А., Лапухова Е.С., Юсупов Т.С. Термические особенности каолинита, подвергнутого сверхтонкому измельчению.- ДАН СССР, 1986, т.231, № з, с. 711-713.

28. Жижаев A.M., Бондаренко Г.Н., Викулина Т.И. и др. Изменение физико-химических свойств механо-активированных сульфидов железа при хранении. Обогащение руд, 1998, № 4, с. 18-19.

29. Хинт И., Ванаселья JI. и др. О перспективах применения силикальцита в гидротехническом строительстве. Бюллетень по народному хозяйству, 1981, №8, с.111-118.

30. Горобец В.И., Горобец Л.Ж. Новое направление работ по измельчению. М., Недра, 1977, 380 с.

31. Молчанов В.И., Селезнева О.Г. Технические средства активации минеральных веществ при измельчении.- Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1979, № 6, с. 60-75.

32. Механоэмиссия и механохимия твердых тел. Сб. статей. Изд. «Илим», Фрунзе, 1974,290 с.

33. Тихонов О.Н. Решение задач по автоматизации процессов обогащения и металлургии. Л. Недра, 1979 г., 430 с.

34. Schubert Н. Aufbereitung fester mineralischer Rohstoffe. Verlag fuer Grundstoffindustrie, Leipzig, 1983, S. 467.

35. Pehlke R.D. Unit of Extractive Metallurgy. New-York/London, Amsterdam: American Elsevier Publiscing Co. Inc., S. 86-92.

36. Кармазин B.B., Кармазин В.И. Магнитные и электрические методы обогащения. М., Недра, 1988, 304 с.

37. Кравец Б.Н. Специальные и комбинированные методы обога-щения.-М., Недра, 1986, 304 с.

38. Neesse Th., Schubert Н. и. а. Turbulenzmessungen in der Mehrfasenstroemung fest-fluessig eines Ruehrapparates. Chem. Techn., 29 (1987) 10, s. 544-548.

39. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. М. Химия, 1980, 400 с.

40. Ляшенко В.И., Голик В.И., Разумов А.Н. Безопасность при подземной разработке сложноструктурных месторождений. Безопасность труда в промышленности, 1990, № 5. С. 32-34.

41. Ляшенко В.И., Голик В.И., Штеле В.И. Ресурсосберегающие технологии погашения пустот при ведении подземных горных работ. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1990, № 5, с. 93-101.

42. Ляшенко В.И., Голик В.И., Штеле В.И. Погашение пустот твердеющей закладкой при подземной разработке сложноструктурных месторождений. Цветная металлургия, 1990, № 10, с. 3-5.

43. Хомяков В.И. Зарубежный опыт закладки на рудниках. М., Недра, 1984, 260 с.

44. Ляшенко В.И., Голик В.И., Штеле В.И. Создание и внедрение малозатратных ресурсосберегающих методов, средств и технологий на горных предприятиях. М., ЦНИИ Цветмет экономики и информации. 1991, 20 с.

45. Ляшенко В.И., Голик В.И., Разумов А.Н. Активация компонентов твердеющей закладочной смеси на горных предприятиях. Цветная металлургия, 1991, № 10, с. 3-4.

46. Мосинец В.Н., Авдеев O.K., Мельниченко В.М. Безотходная технология добычи радиоактивных руд. М., Недра, 1988, 168 с.

47. Галич В.М. О направлениях извлечения мелкого и тонкого золота из рассыпных месторождений. Обогащение руд, 1998, № 4, с. 4-5.

48. Голик В.И., Ляшенко В.И., Разумов А.Н. Природо- и ресурсосберегающие технологии погашения выработанных пространств при подземной разработке рудных месторождений. М, ЦНИИ Цветмет экономики и информации, 1991, 92 с.

49. Прокушев Г.А. Повышение качества твердеющей закладки оптимизацией гранулометрического состава инертного заполнителя. Бюллетень «Цветная металлургия», 1984, № 12.

50. Мосинец В.Н., Лобанов Д.П., Тедеев М.Н. Строительство и эксплуатация рудников подземного выщелачивания. М., Недра, 1987, 122 с.

51. Лехина Н.М., Шумская Л.Г., Гусев Г.М. Спекание и гидрохимическая обработка тонкодисперсных высококремнистых шихт. В кн. Физико-химические исследования в геологии. Новосибирск, Наука, 1981.

52. Ласкорин Б.Н., Барский JI.A., Персиц В.З. Безотходная технология переработки минерального сырья. Системный анализ, М., Недра, 1984,334 с.

53. Бронников Д.М. Основы технологии подземной разработки с закладкой. М., Наука, 1983, с. 68.

54. Байконуров O.A., Крупник JI.A. и др. Технология добычи руд с твердеющей закладкой. М., 1978. с. 192.

55. Агошков М.Н., Борисов С.С., Боярский В.А. Разработка руд и нерудных месторождений. М., Недра, 1983, 284 с.

56. Банденок Л.И., Давыдова Л.А. Экологические проблемы цветной металлургии. Цветная металлургия, 1997, № 8-9, с. 36.

57. Именитов В.Р., Абрамов В.Ф., Попов В.В. Локализация пустот при подземной добыче руд. М., Недра, 1983, 176 с.

58. Хомяков В.И. Зарубежный опыт закладки на рудниках. М., Недра, 1984, 220 с.

59. Цыгалов В.Р. Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений. М., Недра, 1984, 243 с.

60. Именитов В.Р. Процессы подземных горных работ с высокой полнотой извлечения руд. М., Недра, 1985, 166 с.

61. Александровская B.C., Ильин С.А. XI Международное совещание по геологии россыпей и месторождений коры выветривания. «Горный журнал», 2000, № 1, с. 16, 23, 37, 71.

62. Мосинец В.Н., Лобанов Д.П., Тедеев М.Н. Строительство и эксплуатация рудников подземного выщелачивания. М., Недра, 1987, 310 с.

63. Ляшенко В.И., Голик В.И. Совершенствование закладочных работ. Горный журнал , 1991, № 1, с. 19.

64. Ляшенко В.И., Голик В.И., Штеле В.И. Обоснование параметров подземных пустот при отработке месторождений в пологих структурах. Цветная металлургия, 1991, № 5, с.8.

65. Ляшенко В.И., Голик В.И., Штеле В.И. Геомеханическое обоснование параметров ресурсосберегающих технологий погашения подземных пустот. Цветная металлургия, 1991, №6, с.2.

66. Леонов С.Б., Полонский С.Б., Седых В.И. и др. Комбинированная обогатительно-металлургическая схема переработки серебросодержа-щих концентратов. Обогащение руд, 1998, № 2, с. 22-24.

67. Голик В.И. Научно-технический прогресс в истории подземной добычи радиоактивных руд. ЦНИИчерметинформация. М., ВИНИТИ, 1992, с.7-11.

68. Голосов С.И., Юсупов Т.С., Гусев Г.М. Возможности совершенствования технологии переработки минерального сырья на основе тонкого диспергирования и механической активации. Физико-химические проблемы разработки полезных ископаемых, 1972, № 4, с. 104-110.

69. Зеликман А.Н., Вольдман Г.М., Ермилов А.Г. Исследование влияния механического активирования на разложение циркона спеканием с карбонатом кальция.- В кн. Химия и металлургия редких металлов. М., Металлургия, 1979, с.30-36.

70. Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита от коррозии. М., Металлургия, 1981, 180 с.

71. Войтеховский Ю.Л. Обработка данных рентгенофлюоресцент-ного анализа (РФА) способом внутреннего статистического стандарта. Обогащение руд, 1998, № 2, с. 17-18.

72. Болдырев В.В., Яковлева О.В., Медиков Я.Я. и др. Зависимость скорости выщелачивания катионов при механической активации феррита цинка. ДАН СССР, 1983, т.268, № 3, с. 636-638.

73. Голик В.И. Управление состоянием массива горных пород погашением пустот с сохранением земной поверхности. М., ВИНИТИ, 1992, с. 11-14.

74. Бубнов В.К., Голик В.И., Хадонов З.М. Актуальные вопросы добычи цветных, редких и благородных металлов. Акмола: изд. Жана-Арка, 1995,380 с.

75. Бубнов В.К., Голик В.И., Поляцкий И.В. и др. Наукоемкие технологии добычи металлов (марганца, меди , молибдена и др.). Акмола, изд. Жана-Арка, 1995, 347 с.

76. Арене В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых (геотехнология).- М., Недра, 1986, 279 с.

77. Бахуров В.Г., Вечеркин С.Г., Луценко И.К. Подземное выщелачивание урановых руд. М., Недра, 1969, 285 с.

78. Бритаев Ц.Х. Минерально-сырьевая база республики Северная Осетия-Алания. В сб. Разведка и охрана недр. №11, 1995, с. 14.

79. Воробьев А.Е., Лобанов Д.П., Малухин Н.Г., и др. Электрохимическое выщелачивание металлов. Деп. рук. №27/9-179.-М, МГГУ, 1995, 11 с.

80. Воробьев А.Е., Чекушина T.B. Внутренние факторы электрохимического выщелачивания металлов. Деп. рук. №27/9-175.-М, МГГУ, 1995,10 с.

81. Воробьев А.Е., Чекушина Т.В. Охрана природных вод на горно-добывающих предприятиях (Многоцелевые гидрогеохимические исследования в связи с поисками и охраной подземных вод). Томск, изд. ТПУ, 1993.-68 с.

82. Голик В.И., Жаппуев А.Б. Проблемы разработки Тырныаузско-го месторождения. Цветная металлургия. № 1, 1996, с. 1-5.

83. Мамилов В.А. под. ред. Добыча урана методом подземного выщелачивания. М., Атомиздат, 1980. 248 с.

84. Забельский В.К., Сазонов А.Г., Воробьев А.Е. Возможности извлечения золота при переработке руд цветных металлов Башкортостана. Горный журнал, 1995, № 11, с. 55-56.

85. Загиров Н.Х., Лобанов Д.П. Анализ трудоемкости процессов очистной выемки и повышения производительности труда при системе с креплением и закладкой. Известия ВУЗов, Цветная металлургия, № 3, 1985, с.6-7.

86. Калабин А.И. Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием.- М., Атомиздат, 1969, 375 с.

87. Лобанов П.Д. Опыт и перспективы импульсного нагнетания жидкости в горный массив. Известия ВУЗов, «Геология и развведка», № 8, М., 1981.

88. Голик В.И., Воробьев и др. Наукоемкие технологии добычи металлов- марганца, молибдена, золота и других элементов. Акмола, изд. Жана-Арка, 1997, 580 с.

89. Полькин С.И., Адамов Э.В., Панин В.В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. М., Недра, 1982, 397 с.

90. Попов С.И., Нифонтов Б.И., Лобанов Д.П. и др. Особенности разработки месторождеий радиоактивных руд. М., Атомиздат, 1964, 420 с.

91. Мосинец В.Н., Лобанов Д.П., Тедеев М.Н. и др. Строительство и эксплуатация рудников подземного выщелачивания. М., Недра, 1987, 304 с.

92. Бубнов В.К., Спирин Э.К., Капканщиков A.M. и др. Теория и практика добычи полезных способом выщелачивания. Целиноград, 1992, 546 с.1. М.п.