Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка метода повышения качества магнетитового концентрата на основе электроимпульсной дефлокуляции пульпы

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка метода повышения качества магнетитового концентрата на основе электроимпульсной дефлокуляции пульпы"

На правах рукописи

ЛИПНАЯ ЕКАТЕРИНА НЕСТОРОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА МАГНЕТИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ДЕФЛОКУЛЯЦИИ ПУЛЬПЫ

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2010

004600137

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный горный

университет»

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Юшина Татьяна Ивановна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор кандидат технических наук

Вйгдергауз Владимир Евелевич Романчук Александр Ильич

Ведущая организация - ФГУП «ВИМС им. Н.М. Федоровского» (г. Москва)

Защита диссертации состоится «27» апреля 2010г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.128.08 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан марта 2010г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Шек Валерий Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время Россия занимает одно из ведущих мест в мировом балансе железорудного сырья по запасам, производству, потреблению и экспорту продукции. Прогнозные ресурсы оцениваются в 150 млрд.т. Основное промышленное назначение имеют магнетитовые руды с содержанием 31-35 % железа, из которых методом многостадиальной магнитной сепарации получают концентраты с содержанием 65-68 % железа и 5-8 % кремнезема. Магнитное обогащение является основным методом в железорудной промышленности.

Основные трудности магнитного обогащения связаны с постоянным уменьшением крупности материала, поступающего на магнитную сепарацию, что в свою очередь вызвано условиями раскрытия при обогащении весьма тонковкрап-ленных руд, доля которых в общей добыче непрерывно возрастает. Магнитная восприимчивость частиц крупностью менее 20 мкм, взвешенных в пульпе, и соответственно магнитная сила обычно в два-три раза ниже, чем у крупных.

Побочными эффектами, сопутствующими процессам магнитного разделения минералов, являются магнитная флокуляция сильномагнитных материалов, а также динамические, электродинамические, термодинамические и другие эффекты, существенно влияющие на процессы магнитного обогащения.

Важным фактором оптимизации процесса магнитной сепарации является изменение в заданном направлении магнитных характеристик зерен минералов с применением механических, физических, физико-химических, термических, тер7 мохимических методов. Для направленного регулирования поверхностных свойств минералов и повышения их контрастности используют различные виды энергетических воздействий. Высокоэнергетические виды воздействий (энергия ускоренных электронов, плазменная обработка) позволяют модифицировать объемные свойства минералов и переводить их из одной модификации в другую, тем самым создают возможность переработки существующими методами обогащения, т.е. превращать минерал в такое химическое соединение, которое легко обогащается классическими методами. Однако из-за больших энергетических затрат (10-20 кВт*ч/т) данная технология не вышла за рамки лабораторных исследований.

Наибольшее применение находят электрохимические воздействия вследствие наиболее полной научной проработки основ процесса и сравнительно низких энергетических затратах при реализации в промышленности.

Истощение запасов богатого сырья и вовлечение в переработку магнетитовых кварцитов, отличающихся тонкой вкрапленностью рудных и нерудных минералов, сложностью структурно-текстурных особенностей и вещественного состава, вместе с повышением спроса на мировом рынке на высококачественные низкокремнеземистые концентраты вынуждают производителей железорудной продукции модернизировать свои технологические схемы, искать возможность их совершенствования или введения дополнительных способов обработки.

Основной научной задачей являлись расширение знаний о процессах, протекающих в системе тонкодисперсной магнетитовой суспензии, и выбор оптимальных условий электроимпульсной обработки железорудной пульпы с целью дезагрегирования магнетитовых флокул, обеспечивающего повышение качества магне-титового концентрата.

Поэтому исследования в направлении электроимпульсных воздействий являютс весьма актуальными.

Целью работы является разработка метода повышения качества магнети тового концентрата на основе электроимпульсной дефлокуляции железорудно) пульпы за счет удаления из нее породообразующих минералов.

Идея работы заключается в использовании эффекта заряжения частиц : импульсном электрическом поле для интенсификации процесса дефлокуляци) магнетитового концентрата.

Задачи исследований:

- Изучить механизм электростатического взаимодействия частиц рудной и нерудной фазы магнетитовой суспензии за счет формирования разноименных зарядов поверхности и причины их возникновения.

- Установить характер влияния величины напряженности импульсного электрического поля на силу электростатического взаимодействия частиц.

- Экспериментально исследовать влияние электроимпульсной обработки на состояние поверхности и дефектность частиц железосодержащего материала.

- Разработать и обосновать область технологических режимов процесса электроимпульсных воздействий на железорудную пульпу.

Методы исследований: использованы химический, минералогический методы исследований исходной руды и конечных продуктов обогащения. Математическое моделирование дезагрегирования частиц, исследование влагоемкости, лабораторные испытания процесса магнитной сепарации, математические методы планирования экспериментов и обработки результатов.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

- Установлен механизм и предложена модель процесса дефлокуляции на основе электростатического взаимодействия частиц минералов железа и пустой породы в зависимости от суммарных зарядов каждой частицы, величина и знак которых обусловливаются степенью дефектности и поляризацией материала концентрата во внешнем электрическом поле.

- Установлена ранее неизвестная зависимость влияния величины амплитуды напряженности импульсного электрического поля на силу взаимодействия частиц, имеющая параболический характер и позволяющая определить условия для максимальной эффективности протекания процесса дефлокуляции.

- Установлены технологически обоснованные интервалы напряженности импульсного электрического поля ((0,1+1,8)* 107 В/м), длительности импульса (Ю'МО^с) и значения электрического потенциала поверхности частиц (ф=0,027 В для магнетита и ф=0,27В для кварца), необходимые для их дефлокуляции и обеспечивающие оптимальный режим сепарации.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- инженерной оценкой аналитических исследований;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с экспериментальными результатами;

- положительными результатами лабораторных испытаний способа и технических средств для электроимпульсного кондиционирования железосодержащего концентрата на ОАО «Михайловский ГОК».

Научное значение работы состоит в разработке механизма электроимпульсной дефлокуляции частиц минералов железа и породы в магнетитовой суспензии, теоретическом и экспериментальном обосновании эффективности применения метода электроимпульсной дефлокуляции железорудной пульпы перед процессом магнитного обогащения.

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по определению режима электроимпульсной дефлокуляции железорудной пульпы перед процессом магнитной сепарации, обеспечивающего повышение технологических показателей обогащения.

Реализация работы заключается в использовании рекомендаций на ОАО «Михайловский ГОК» для внедрения процесса электроимпульсной дефлокуляции с целью повышения качества конечного концентрата.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2008, 2009); на международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва, УРАН ИПКОН РАН, 2008); на научных семинарах кафедры «Обогащение полезных ископаемых» МГГУ (2007-2009гг.).

Публикации. По результатам работы опубликовано 5 статей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка используемой литературы из 103 наименований; содержит 29 рисунков и 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и идея работы, представлены задачи и методы исследований, научные положения, раскрыты научная и практическая значимость работы.

В первой главе диссертации представлен анализ современного состояния магнитного обогащения железных руд и пути интенсификации этого процесса. Показано, что одним из перспективных методов повышения технологических показателей мокрой магнитной сепарации является использование электрических воздействий для направленного изменения поверхности минеральных частиц, основанное на последних достижениях фундаментальных наук и в первую очередь физики твердого тела.

При минералогическом анализе магаетитовых концентратов установлено, что в пробах присутствуют зерна свободного кварца в количестве 6-7 % и кварца в сростках с магаетитом в пределах 9,2 %.

Расчеты показали, что полное удаление свободных нерудных зерен позволит повысить содержание железа общего в концентрате до 70 % без увеличения степени раскрытия минералов.

В процессе мокрой магнитной сепарации происходит формирование магне-титовых флокул с захватом немагнитной фракции, извлекаемых затем магнитной системой. Флокулы настолько прочны, что сохраняются и после сепарации, и таким образом, в последующую операцию магнитной сепарации поступает уже частично сфлокулированный материал с удерживаемыми немагнитными частицами.

В процессе измельчения железосодержащих руд нерудные минералы -кварц и силикаты - покрываются выделяющимися при этом ионами двух- и трех-

валентного железа, активируются и вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта при деформации частиц данных минералов на их поверхности возникают электрические заряды. Активация кварца обусловливается также налипанием рудных минералов на его поверхность.

Методологической основой решения задачи повышения качества железорудных концентратов в процессе мокрой магнитной сепарации являются результаты исследований по совершенствованию мокрой магнитной сепарации, значительный вклад в развитие которых внесли В.А. Чантурия, В.В. Кармазин, П.И. Пилов, Э.А. Трофимова, Т.Н. Гзогян и др.

Проведен обзор причин возникновения заряда на поверхности частиц минералов, который может иметь различную природу, а именно: за счет трибоэлек-трического эффекта; пьезоэлектрического эффекта, возникающего при деформировании кварца и других минералов-пьезоэлектриков; за счет наличия дислокаций, имеющих нескомпенсированный заряд; эффекта Степанова, характеризующего появление поверхностного заряда при деформации ионов кристаллов, и др.

Анализ процессов образования зарядов с позиции теории дислокации показывает, что у дислокации могут оседать с равной вероятностью как катионные, так и анионные вакансии, поскольку энергия их связи с ядром дислокации одинакова. Поэтому в чистых кристаллах на дислокациях должно быть одинаковое число положительно и отрицательно заряженных ступенек, и дислокации будут в целом электронейтральными. В реальном кристалле из-за присутствия примесей всегда имеются в избытке вакансии одного сорта. Оседание (захват при движении) этих вакансий на нейтральных ступеньках может быть наиболее вероятной причиной появления заряженной ступеньки на дислокации.

Связь заряда на поверхности с подошедшими к поверхности заряженными дислокациями подтверждается сопоставлением поверхностного заряда с движением дислокаций при деформации. Двухвалентные примеси оказывают влияние как на напряжение, отвечающее появлению заряда, так и на величину и знак заряда.

Кулоновское взаимодействие между частицами твердой фазы, имеющими поверхностный заряд, является причиной возникновения сил Ван-дер-Ваальса. Однако полного соприкосновения частиц за счет кулоновского взаимодействия не происходит по причине возникновения между частицами двойного электрического слоя (ДЭС).

Частицы, находящиеся в полярной жидкости, такой, как вода, обычно несут чистые (несвязанные) заряды на своей поверхности. Ионы дисперсионной среды, имеющие заряд, противоположный заряду частицы, притягиваются к поверхности частицы, а ионы одинакового заряда отталкиваются от нее. Наложение этого эффекта на эффект перемешивания от теплового движения приводит к образованию ДЭС.

Количественная оценка величины поверхностного заряда, как правило, производится экспериментально: путем измерения электрического потенциала, возникающего при деформировании минерала; путем изучения влияния содержания анионов и катионов в коллоидных системах на их устойчивость, а также путем измерения скорости движения дислокаций под действием электрического поля.

4

Теоретическая оценка величины поверхностного заряда в зависимости от размера частиц и химического состава параметров кристаллической решетки минерала впервые была сделана в работе проф. С.А. Гончарова. Указанная теория основывается на расчете заряда элементарной кристаллической решетки с учетом валентности элементов, входящих в состав данного минерала.

В работе сделан анализ возможных механизмов взаимодействия частиц магнетита и кварца за счет сил электростатического притяжения и отталкивания. Исследованиям заряда на поверхности минеральных частиц были посвящены работы А.В.Степанова, С.А.Гончарова, Н.А.Тяпуниной, Э.П. Белозеровой, A.A. Урусовской и др.

Известно, что в технологическом процессе магнитной сепарации имеет место захват частиц, представляющих собой сростки магнетита и кварца, а также захват свободных нерудных частиц, что ухудшает технологические показатели обогащения, поэтому процесс дефлокуляции магнетитового концентрата требует дополнительного исследования.

Во второй главе рассмотрены механизмы взаимодействия частиц магнетита и кварца в электрическом поле. Приведены оценочные расчеты сил электростатического притяжения двух частиц, обусловленных наличием собственных зарядов и необходимой величины напряженности электрического поля для создания условий отталкивания частиц за счет возникновения электрических диполей вследствие поляризации частиц.

При наложении на породу электрического поля в ней происходит смещение внутренних связанных зарядов. В результате на ее поверхности появляются неуравновешенные заряды, которые создают электрическое поле, направленное противоположно внешнему и ослабляющее последнее. Поляризация происходит только за счет смещения (или поворота) связанных зарядов, в качестве которых могут выступать как атомы, ионы кристаллической решетки с гомео- и гетеропо-лярной связью, так и целые объемы породы, оказавшиеся в особых структурных условиях. Для получения исходных данных, необходимых для оценочных расчетов, были проведены постановочные эксперименты.

Микроскопический анализ магнетитового концентрата подтвердил наличие зерен кварца на поверхности магнетита в результате их адгезии (рис. 1).

Для построения математической модели взаимодействия частиц магнетита и кварца была оценена величина критического расстояния между частицами, которое, по крайней мере, должно быть больше удвоенного размера двойного электрического слоя (ДЭС). С использованием экспериментальной методики, приведенной в главе 3, было установлено, что величина ДЭС составила 7-8 % от среднего размера частиц.

Рис.1. Концентрат мокрой магнитной сепарации (-0,16+0,08), увеличение 25 (адгезия кварца (светлое зерно) на магнетите (темное зерно)

При разработке модели процесса силового взаимодействия минеральных частиц в электрическом поле были рассмотрены две частицы: магнетита (Ре304) и кварца (8Ю2) (рис.2) с размерами и й2 соответственно. Частицы находятся на расстоянии г0 друг от друга и обладают поверхностным зарядом {дП0Жр1 и обусловленным увеличением дефектов на этапе рудоподготовки (эффект Степанова, рост плотности заряженных дислокаций).

Условием взаимодействия двух частиц (флокуляция за счет сил электростатического притяжения) является Рм > Роттапк. Условием дефлокуляции (разрушение флокул) является

Р'оттаяк^' ^'эл ■

Выражение для определения поверхностного заряда, характеризующегося электрическим потенциалом имеет вид:

<Р$ее о

'Чпозер I

Рис. 2. Система двух частиц Fe^O^ и S1O2.

4s

О)

где А - толщина двойного электрического слоя, м.

В водной среде происходит частичная компенсация заряда поверхности (рис. 3):

Я«™ П^, (2) -

ДЭС

чШламы Рис.3. Частичная компенсация заряда поверхности в водной среде

Диполь ■ случае внутренней помрюацик

где 7] - коэффициент компенсации заряда.

В работе рассмотрено, как изменяются заряды на поверхности частиц при помещении их в электрическое поле с напряженностью, изменяющейся во времени как Eft). Незаряженный диполь начинает поляризоваться и на поверхности частиц возникают наведенные заряды qHm (рис.4), где р - поляризация внутреннего поля.

Магнетит е=65

Б=0

Ib.

В момент поляризации

Евнеш

Рис.4. Поляризация материала частиц и возникновение полей рассеивания под действием внешнего поля

Рис.5 Суммарная эпюра заряженной поверхности частицы и заряда, возникшего после ее поляризации

Суммарная эпюра заряженной поверхности частицы и заряда, возникшего после ее поляризации, имеет вид (условие для отталкивания частиц) (рис. 5).

Для построения модели электростатического взаимодействия частиц принимаем допущение, что кривизной большой частицы можно пренебречь (рис.6), плоскость обладает зарядом, эквивалентным заряду поверхности частицы магнетита. Тогда уравнение движения частиц можно записать в следующем виде:

(3)

ноток

= р1

(4)

где «2 _ масса малой частицы (кварцевой), г; Рг - плотность кварца, г/см3; ¿2 - диаметр (размер) малой частицы (кварцевой), м;

х - ускорение малой частицы (кварцевой), м/с2. Используя второй принцип определения вязкости, основанный на измерении скорости падения шара в вязкой среде (формула Стокса), получим формулу для определения силы вязкого сопротивления жидкости для малой частицы:

= 3 (5)

где V - скорость движения частицы в жидкости, м/с; ц - вязкость среды, кг/с*м; х - текущая координата перемещения частицы, м.

При составлении уравнения движения частиц силой поверхностного натяжения воды \ {РПжрх ) можно пренебречь, так как на две час-

\ натяж

/У

Рис.6. Схема

взаимодействия частиц в электрическом

Н20

<11

)

Н20

Рис.7. Действие расклинивающего эффекта цессе поляризации:

р =^2зквЧ\экв __1

тицы, взаимодействующие за счет электростатических сил в водной среде, оказывают влияние молекулы воды, которые стремятся занять положение на всей поверхности минеральных частиц - расклинивающий эффект (эффект Ре-биндера) (рис.7).

Силу электростатического взаимодействия частиц находим как произведение суммы зарядов поверхности и заряда, возникающего в про-

2е0е

2£€п

[я ^„2 +

Чы

(6)

После преобразований и сокращений формула имеет следующий вид:

А^Ь ^ , (7)

'' +ф-(Яs2el+ЯsЛ)E~'

2£cp

2£ср£0

Для оценки силы взаимодействия частиц выразим отношение силы электростатического взаимодействия частиц к весу малой (нерудной) частицы:

(8)

л е0

Квадратное уравнение имеет решение, если его дискриминант больше нуля, отсюда необходимым условием дефлокуляции является неравенство:

(9)

(ехдцг-егд!ПУ>0. (10)

Из полученного неравенства можно сделать вывод, что при любых значениях величин ей £2, выражение будет положительно, а значит найдется диапазон поля, необходимый для дефлокуляции частиц. Зависимость имеет параболический вид.

Решив квадратное уравнение (7) относительно Е, нашли значения Емса и

р •

£ши=1,8-10'В/м;

Ешп =0,1-107 В/м.

Отношение силы электростатического взаимодействия частиц к весу нерудной частицы было оценено для различных значений напряженности электрического поля, в результате чего получена зависимость параболического характера, определяющая диапазон значений напряженности электрического поля, необходимых для разрушения флокул (рис. 8)._

0 « „ „0,07

1 в т*8

| I 0,06

и О.

I &

, а 5 а"

^ « I

з т Е

§ I I ^ с

а

ы

I § Е я

О м

Напряженность электрического поля (х107), В/м

Рис.8. Диапазон напряженности электрического поля, необходимый для дефлокуляции частиц магнетита и кварца. (I, Ш - зона больших и маленьких полей, где процесс дефлокуляции не происходит; П - зона, где происходит процесс дефлокуляции), плотность дислокаций в магнетите аи~6,1* Ю^шг/м2

Диапазон значений напряженности электрического поля получен при следующих исходных данных: плотность дислокаций в кварце ак= 5,85*10 шт/м2; удельный заряд поверхности ^и=6,7*10,5шт/м2*3*10"20К=20,1*Ю"5К/м2; время,

необходимое для воздействий - более 0,4*10"6 с; удельное усилие отталкивания частиц -39*103 Н/м2.

Подставив значения сил в уравнение движения частиц, получим динамическую модель, описывающую взаимодействие частиц в вязкой среде:

х +

18^ рА

■Е +-

ЕСРЛ р2<12 Ссрр2т1:

£ср*о РА

(П)

Решив дифференциальное уравнение, находим, что перемещение малой частицы относительно большой частицы магнетита описывается следующей зависимостью:

24/^ Л2

рА 18^

" рА'

(12)

Для оценки степени дезагрегированности частиц под действием злектроим-пульсной обработки предложен критерий дефлокуляции, позволяющий учесть величину и знак электрического потенциала поверхности, длительность импульса и тем самым регулировать состояние поверхности частиц и управление процессом дефлокуляции.

За критерий дефлокуляции частиц принимаем неравенство, показывающее, что величина перемещения частиц всегда должна быть больше толщины диффузного слоя ДЭС:

х>Х, (13)

где х - перемещение частицы, м; А - толщина двойного электрического слоя, м.

Максимальное перемещение частиц (х^) должно достигаться под действием элеюрического поля (£) на систему частиц. На рис. 9 показана зависимость величины напряженности электрического поля от длительности электрического импульса.

?пс.9.3ависимостъ величины напряжеп-Е, в/м ности электрического поля от дли-

тельности импульса, необходимых для дефлокуляции частиц

_^ Подставляя выражения для лере-

'имп х> с мещения частиц и для толщины ДЭС в

критерий дефлокуляции частиц, имеем:

_ . - ~<Р* 2) •

РгА

18^

1-е~

(14)

При следующих значениях параметров критерия: вязкость среды /¿=0,01 пуаз^, 01 кг/с*м, плотность частицы кварца р;=2,5*103 кг/м3, размер маленькой частицы (кварца) ¿2 =3*10"5 м, была проведена численная оценка критерия дефлоку-

ляции и получены зависимости напряженности электрического поля и времени импульса, необходимые для дефлокуляции частиц, от значений электрического потенциала их поверхности (рис. 10 и 12).

9 S 8 ¡5 g 7 g е 5 е = О Ш 5 1 * - 5 is?4 й ? О 3 с а. Г 2

I 1

/ ____^

/

/

/ /

т t w 1 ' ■—

0,05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0,5 0.55 0.6 Электрический потенциал поверхности, В

РисЛй Зависимость напряженности электрического поля, необходимой для дефлокуляции частиц от электрического потенциала поверхности: 1 - магнетит, 2 -кварц

Электрический потенциал поверхности, В

Рис.11. Зависимость необходимого времени импульса для дефлокуляции частиц, от электрического потенциала поверхности: I-магнетит, 2-кварц В третьей главе приведены результаты исследований влияния электроимпульсной обработки на состояние поверхности и дефектность частиц железосодержащего материала подвергающегося магнитной сепарации.

Для проведения исследований был создан лабораторный стенд для обработки пульпы (рис. 12).

Электроимпульсное кондиционирование (ЭИК) железорудной суспензии проводится в электролизерах, предназначенных для обработки рудной пульпы. Был выбран электролизер коаксиального типа. К качестве источника первичного преобразования энергии используется установка типа «ГАН» (генератор асинхронных напряжений), а в качестве инструмента воздействия на среду - система рабочих электродов, связанных с источником посредством импульсного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к установке ГАН.

Режим ЭИК - 3 импульса с энергоемкостью не более 0,05 кВт*ч/м3 каждый. Параметры ЭИК — импульсное напряжение между электродами 10-И0 кВ, длительность импульса - 150 мкс. Концентрат после электрофизической обработки дообогащался на магнитном анализаторе.

I

Экспериментальная оценка влияния импульсных электрофизических воздействий на электрический потенциал поверхности частиц железосодержащего материала была проведена на основе определений изменения количества сорбированной воды на поверхности частиц в контрольных пробах и подвергнутых электрофизическим воздействиям. Опре-- деление количества сорбированной воды проводилось по двум методикам. Первая методика определения количества сорбированной воды по влагоемкости контрольной пробы материала и подвергнутой электрофизическим воздействиям. Вторая методика основана на определении потери массы образца при его выпаривании. Частицы исследуемого образца материала, находящиеся в водной среде, имеют на своей поверхности адсорбированный слой воды (рис.13).

Объем свободного пространства

можно определить по формуле:

Рис.12. Лабораторный стенд для ЭИК пульпы: 1 — персональный компьютер, 2 — цифровой осциллограф, 3-установка ГАН -1,4- первичная обмотка (индуктор), 5 - электролизер коаксиального типа

пространства

где Ух - объем суммарный образца, м ;

Усе.прост. - объем свободного пространства в образце, м3;

рнас - насыпная плотность материала, гУсм3;

р0 - пикнометрическая плотность материала, г/см3.

Рис.13. Схематическое изображение частиц в водной среде

Выражение для определения массы воды, сорбировавшейся на поверх ности частиц и образующей ДЭС, имеет вид:

= тводыТ ~ Ре ' ^св.прост , (16)

т

воды сорб.

где тводь£ - суммарная масса воды в образце до момента его вязкости, г; п . V - масса свободной воды, г;

г в св.прост

тводы сорб. - масса сорбированной воды, г.

Толщина слоя воды, сорбировавшейся на одной частице, определяется из соотношения:

где рводы - плотность воды, г/см3;

d - размер частицы, м;

nef - площадь поверхности частицы, м2;

А - толщина двойного электрического слоя, м.

После преобразований выразим отношение толщины двойного электрического слоя относительно размера частицы:

где - масса частиц в образце, г.

Для проведения эксперимента по определению влагоемкости порошкового материала до и после электрофизических воздействий использовали слив гидроциклона заключительной стадии классификации ОФ ОАО «Михайловский ГОК». В процессе проведения эксперимента контролировался расход воды, необходимый для смачивания материала (табл. 2, столбцы 5,6).

Анализ результатов определения влагоемкости материала до и после электрофизических воздействий (табл. 1) показал, что имеет место снижение массы сорбированной на поверхности частиц воды в пробах, подвергнутых обработке, относительно контрольных проб примерно в 2 раза. В процессе сушки контролировались потеря веса образцов при различной температуре и продолжительности пребывания материала в сушильном шкафу (табл. 2, столбцы 7-11).

Проанализировав полученные результаты экспериментальных исследований, нашли значения массы остаточной воды в исследуемых образцах до и после электрофизических воздействий. Среднее значение воды, оставшееся после сушки в образцах без обработки, практически в 2 раза превышает оставшуюся воду в образцах, подвергнутых электрофизическим воздействиям, что может быть обусловлено изменением поверхностных свойств минеральных частиц в процессе электрофизической обработки и изменением потенциала поверхности.

Четвертая глава посвящена определению оптимальных параметров дефло-куляции магнетитового концентрата перед мокрой магнитной сепарацией в процессе лабораторных испытаний.

Селективность флокуляции определяется изменением свойств поверхности взаимодействующих частиц за счет повышения энергетического барьера отталкивания железорудных минералов и кварца. Последнее при кондиционировании выявлено в работах акад. В.А. Чантурия как измерениями изменений электрокинетического потенциала, так и исследованиями изменения поверхности минералов на сканирующем микроскопе.

Для обеспечения дефлокуляции могут потребоваться большие значения параметров электрического поля, поэтому генерацию его целесообразно производить в импульсном режиме. Это приведет к снижению энергоемкости обработки пульпы. Предлагаемый метод электроимпульсного кондиционирования пульпы основан на использовании разрядно-импульсной технологии (РИТ). Сущность метода заключается в том, что вокруг зоны импульсного электрического разряда внутри объема жидкости, находящейся в открытом или закрытом сосуде, возникает ситуация электрического пробоя на ранней стадии, с образованием газоплазменного потока. Для обеспечения низкой энергоемкости процесса необходимо, чтобы используемое оборудование обеспечивало только раннюю стадию

Д_1 Ро___А

d 4 Рши тш р„0!

Р„ас

(19)

электропробоя, что обеспечивается генерацией достаточно малых во времени (10 3 - 1(Гс) электрических импульсов. Частота следования импульсов электромагнитного поля до 50 Гц.

С целью выбора режима дефлокуляции были проведены лабораторные испытания методики дефлокуляции на железорудном материале совместно с сотрудниками ОАО «Михайловский ГОК». В процессе лабораторных испытаний рассматривались различные режимы электроимпульсного кондиционирования суспензии (ЭИК).

Результаты минералогического анализа проб после обогащения на магнитном анализаторе без дополнительной обработки и при различных режимах обработки (рис.14 и 15) показали, что содержание свободных нерудных зерен в концентрате снижается, но при этом наблюдается некоторое снижение содержания рудной фазы. Это происходит за счет того, что, по-видимому, разрушаются и магнитные флокулы, что приводит к потерям Реобщ в хвостах, чгго возможно из-за вывода рудной фазы в процессе обогащения.

Рис. 14. Содержание раскрытых рудных частиц в концентрате магнитной сепарации в зависимости от способа воздействий: 1 - без обработки, 2 - ЭИК (напряженность эл. поля - 0,5*106 В/м), 3 -ЭИК (напряженность эл. поля - 10б В/м), 4 - ЭИК (напря-

Рис. 15. Содержание раскрытых нерудных частиц в концентрате магнитной сепарации в зависимости от способа воздействий: 1 - без обработки, 2 - ЭИК (напряженность

женность эл. поля — 4* 10 В/м)

ность эл. поля женность эл. поля

10 В/м), 4 - ЭИК (напря-4*10б В/м)

Как показали результаты лабораторных испытаний, воздействие импульсных электрических полей при напряженности электрического поля 10 В/м дает лучший результат с точки зрения устранения нерудных частиц из концентрата при сохранении содержания рудных. Было установлено повышение качества концентрата на 0,3 % без потери его выхода.

Таблица 1

Сравнительные данные по определению сорбированной воды в результате эксперимента по смачиваемости

№ пробы Режим обработки Рнас. г/сьг Ра г/см [ Рводи Р,оды 1 1 Лас Рч ) Щоды ^Ьлатла тсер6 тш, ^-•100% Пт. сред.,% Д

1. 0,192 0,072

2. Контроль 2,5 3,5 0,12 0,188 0,068 7,1 ±0,2 0,068

3. 0,192 0,072

4. 0,192 0,072

5. 0,184 0,040

6. МИО 2,65 4,3 0,144 0,188 0,044 4,1±0,2 0,087

7. ГАН 1 0,184 0,040

8. 0,184 0,040

Таблица 2

Результаты эксперимента по определению физически связанной воды по выпариванию __

Режим обработки Масса тары, г. Масса мат-ла, г. Масса воды для смачивания, г. Чоаы Масса образца в процессе сушки Потери воды после сушки, г. Масса воды в образце после сушки 8, г. §

№ пробы Щ^'матла Исх. масса образца, г. 20'С 12 ч. 60"С бОмнн 60-С 120мин 240'С 180мин 5 ср. г. 171т -2-1004 сред, %

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1 Контроль 56,94 25 4,8 0,192 86,01 82,24 82,06 82,03 82,02 3,99 0,81 0,032

2 пробы 66,5 25 4,7 0,188 95,54 88,46 91,52 91,51 91,49 4,05 0,65 0,605 0,026 2,4±0,4

3 83,18 25 4,8 0,192 112,54 108,96 108,33 108,32 108,29 4,25 0,55 0,022

4 68,03 25 4,8 0,192 97,51 94,33 93,26 93,15 93,14 4,37 0,43 0,017

5 МИО 82,14 25 4,6 0,184 111,41 108,32 107,31 107,27 107,25 4,16 0,44 0,018

6 ГАН 1 62,83 25 4,7 0,188 92,00 88,16 87,74 87,74 87,74 4,26 0,44 0,335 0,018 1,3±0,4

7 66,96 25 4,6 0,184 96,43 92,40 92,07 92,06 92,07 4,36 0,24 0,010

8 84,99 25 4,6 0,184 114,49 111,06 110,14 110,12 110,11 4,38 0,22 0,009

Таблица 3

Результаты лабораторных испытаний электроимпульского кондиционирования

магнетитового концент рата

Воздействие Содержание в к-те раскрытых рудных частиц Содержание в к-те раскрытых нерудных частиц

Без обработки 84,3±0,1 % 6,3±0,1 %

С обработкой 83,6±0,1 % 4,5±0,1 %

Статистическая обработка результатов проведенных экспериментов показала, что доверительный интервал при а = 0,95 (где а - доверительная вероятность) равен ДАН), 1.

Таким образом, предлагаемый способ дефлокуляции машетитового концентрата, апробированный в лабораторных условиях ЦТЛ ОАО «Михайловский ГОК», позволяет вывести из процесса часть раскрытых нерудных зерен. Однако применение предлагаемого способа в технологическом процессе может оказаться недостаточно эффективным и потребует дополнительной корректировки режимов работы другого оборудования. Из приведенных выше результатов видно некоторое снижение содержания рудных зерен в концентрате, чего, вероятно, можно "избежать при отработке режима магнитной сепарации.

В пятой главе приведены оценочные расчеты технико-экономических показателей при внедрении полученных результатов.

По статистическим данным, предоставленным ОАО «Михайловский ГОК», были проанализированы изменения содержания Реобщ в концентрате, получаемом на третьей технологической линии ОАО «Михайловский ГОК», при изменении исходной нагрузки. Анализ данных позволяет сделать вывод, что среднее увеличение исходной нагрузки на технологическую линию на 15 т/ч приведет к снижению качества концентрата на 0,34 % (рис. 16).

350

-г

360 365 370 375 380

Средняя нагрузка, т/ч

395

Рис.16. Зависимость содержания Ре общ в концентрате от нагрузки, подаваемой на

третью технологическую линию ОФ МГОК В результате проведенных испытаний подтверждается возможность повышенш содержания Ееобщ в рядовом концентрате на 0,3 % при неизменном выходе концен-

15

трата, что создает возможность увеличения объемов производства рядового конце1 трата на 2-3 % без ухудшения его качества.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи повышения качества магнетитового концентрата на основе разработки метода электроимпульсной дефлокуляции железорудной пульпы, обеспечивающего удаление из него породообразующих минералов.

Основные выводы по работе, полученные лично автором:

1. Установлен механизм и предложена модель электростатического взаимодействия частиц рудной и нерудной фаз магнетитовой суспензии, позволяющие определить силу взаимодействия, обусловленную произведением суммарного заряда каждой частицы, величина и знак которого зависят от степени дефектности и поляризации материала концентрата во внешнем электрическом поле.

2. IIa основе модели электростатического взаимодействия частиц установлена зависимость параболического характера влияния величины амплитуды на- 1 пряженности импульсного электрического поля на силу взаимодействия частиц, что позволило найти оптимальный диапазон напряженности электрического поля, при котором преобладают силы отталкивания.

3. Показано, что силы отталкивания, возникающие между частицами кварца и магнетита, зависят от плотности дислокаций (т.е. величины остаточных деформаций минералов), диэлектрических свойств, размера частиц, а также от величины напряженности импульсного электрического поля, при этом увеличение плотности дислокаций потребует больших значений напряженности электрического поля для обработки материала. Установлен диапазон технологически обоснованных значений (0,1+1,8)* 107 В/м величины напряженности импульсного электрического поля, при котором обеспечивается процесс эффективной дефлокуляции частиц пульпы.

4. Построена динамическая модель взаимодействия рудных и нерудных частиц в пульпе, позволившая получить зависимости необходимых для дефлокуляции частиц напряженности электрического поля и длительности импульса от значения электрического потенциала поверхности частиц. Причем с увеличением электрического потенциала необходимая напряженность электрического поля увеличивается прямо пропорционально, а длительность импульса имеет максимальное значение при <р =0,027 В для магнетита и ср=0,27В для кварца.

5. Экспериментальные исследования влияния электроимпульсной обработки на частицы магнетитового концентрата позволили установить, что среднее значение количества воды, оставшейся после сушки при 240°С (физически связанная вода) в образцах без обработки, в 2 раза превышает количество оставшейся воды в образцах после электроимпульсного воздействия, что подтверждает изменение электрического состояния частиц.

6. В процессе проведения испытаний установлено, что ЭИК способствует снижению содержания нерудной фазы в получаемом концентрате с 6,5 % до 4,5 %. Результаты проведенных лабораторных испытаний подтверждают возможность повышения содержания Feo6m в рядовом концентрате на 0,3 %, что создает возможность увеличения объемов производства рядового концентрата на 2-3 % без ухудшения его качества.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Липная E.H., Ананьев П.П. Электростатическое взаимодействие частиц магнетитового концентрата в электрическом поле // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2009. - №5. - С.237-244.

2. Липная E.H. Анализ влияния электростатического взаимодействия частиц на процесс флокуляции магнетитового концентрата // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2009. - №7. - С.345-349.

3. Липная E.H., Наумов К.И., Ананьев П.П., Потапов С.А. Физико-технические основы проектирования оборудованияя для электроимпульсного кондиционирования магнетитовых концентратов // Горное оборудование и электромеханика, 2010. - №2, - С 36-38.

4. Липная E.H. Взаимодействие частиц магнетита и кварца в пульпе под воздействием электрического поля // Материалы 5 Международной научной школы молодых ученых и специалистов. 11-14 ноября 2008 г. - М.: УРАН ИПКОН РАН, 2008. - С.263-266.

5. Ананьев П.П., Гончаров С.А., Двойченкова Г.П., Иванов В.Ю., Лесков С.Ф., Липная E.H., Наумов К.И., Потапов С.А., Чантурия В.А., Чантурия Е.Л. Заявка на изобретение «Способ диспергирования материала кристаллической структуры и устройство для его осуществления» (№2008149606/03 от 17.04.2008г.).

Подписано в печать 23.03.2010г. Формат 90x60/16. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №_

Отдел печати МГГУ, Москва, Ленинский пр-т,6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Липная, Екатерина Несторовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ 11 ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД.

1.1. Ресурсная база и технология обогащения железных руд.

1.2. Анализ существующих методов повышения качества магнетитовых концентратов.

1.3. Проблема флокуляции при магнитном обогащении железосодержащих руд.

1.4. Анализ влияния электростатического взаимодействия частиц на процесс флокуляции магнетитового концентрата

1.4.1. Природа возникновения поверхностного заряда.

1.4.2. Теоретическая оценка величины поверхностного заряда.

1.4.3. Силы Ван-дер-Ваальса и возникновения двойного электрического слоя.

1.4.4. Адгезия. Механизм процессов адгезии.

1.5. Влияние импульсного магнитного поля на структурное состояние железистых кварцитов.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ РАССМОТРЕНИЕ ВОПРОСА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧАСТИЦ В

ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.

2.1. Электрические характеристики полупроводниковых минералов.

2.2. Поляризация.

2.3. Электростатическое взаимодействие частиц магнетита и кварца в идеальной среде.

2.4. Динамическая модель процесса дефлокуляции на основе электростатического взаимодействия частиц магнетита и кварца в электрическом поле.

2.4.1. Влияние силы вязкого сопротивления среды. 78;

2.4.2. Влияние силы обусловленной поверхностным натяжением воды.:.

2.4.3. Определение величины необходимого перемещения частиц для их дефлокуляции.

2.4.4. Критерий дефлокуляции.

2.5.5.Динамика:движения частиц. выводы по главе 2.

3. экспериментальная оценка влияния импульсных электрофизических воздействий НА изменение поверхности частиц магнетитового концентрата. . .;.

3.1. Принцип электроимпульсного воздействия на руду.

3 .2. Методика проведения эксперимента-по -определению влияния электроимпульсных воздействий на изменение поверх!гости частиц. выводы по главе 3:

4. лабораторные испытания процесса : электроимпульнош кондиционирования магнетитового конце11трата на оао «михайловский гок».

4.1. Обоснование процесса электроимпульсной дефлокуляции магнетитового концентрата.

4.2. Оборудование для электроимпульсного кондиционирования железорудной суспензии.

4.3. Методика проведения лабораторных испытаний процесса электроимпульсного кондиционирования магнетитового концентрата на ОАО «Михайловский ГОК».

4.4. Анализ результатов лабораторных испытаний.

4.5. Статистическая обработка результатов лабораторных испытаний.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

5. ПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА ПОВЫШЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ НА ОАО «МИХАЙЛОВСКИЙ ГОК» ЗА СЧЕТ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ МАГНЕТИТОВОГО

КОНЦЕНТРАТА.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка метода повышения качества магнетитового концентрата на основе электроимпульсной дефлокуляции пульпы"

Актуальность работы. В настоящее время Россия занимает одно: из ведущих мест в мировомг балансе железорудного сырья: по запасам, производству, потреблению и экспорту продукции. Прогнозные ресурсы оцениваются в 150; млрд. т. Основное промышленное назначение имеют магнетитовые руды с содержанием 31-35 % железа, из которых, методом многостадиальной магнитной сепарации получают концентраты с содержанием 65-68 % железа и 5-8 % кремнезема. Магнитное обогащение является основным методом в железорудной промышленности.

Основные трудности: магнитного; обогащения: связаны с постоянным; уменьшением' крупности материала, поступающего; на магнитную сепарацию^ что: в свою очередь,, вызвано? условиями- раскрытия? при: обогащении весьма тонковкрапленных руд, доля? которых, в общей? добыче непрерывно возрастает. Для частиц крупностью менее 20 мкм, взвешанных в пульпе Hi шламах, магнитная восприимчивость, и соответственно магнитная сила обычно в два-три раза ниже, чем у крупных.

Побочными эффектами,, сопутствующими процессам: магнитного разделения? минералов, являются- магнитная флокуляция сильномагнитных материалов, а также динамические, электродинамические, термодинамические и другие эффекты, существенно влияющие на;процессы магнитного обогащения.

Основные усилия исследователей: при сепарации сильномагнитных материалов направлены на повышение качества магнитных концентратов при непрерывном* улучшении его удельных технико-экономических показателей. Это* достигается в основном за счет разработки специальных мероприятий поуправлению процессом магнитной флокуляции в специально созданных условиях сепарационного массопереноса.

Ранее были; разработаны новые способы и конструкции сепараторов для мокрого обогащения* сильно- и слабомагнитных руд, включая сепарацию с предварительной селективной магнитной и химико-магнитной флокуляцией, агрегацией руды, а также термосепарацию с применением ПАВ для управления реологическим состоянием суспензии;

Важным фактором оптимизации: процесса магнитной сепарации является изменение взаданном направлении магнитных характеристик зерен минералов; с применением механических, физических, физико-химических, термических, термохимических методов: В настоящее: время? для направленного регулирования; поверхностных! свойств, минералов;; и повышения их контрастности используют различные . виды- энергетических воздействий: Высокоэнергетические виды воздействий, (энергия ускоренных электронов; плазменная, обработка) позволяют модифицировать объемные свойства; минералов и: переводить их из одной модификации в другую, тем самым создают возможность переработки существующими методами обогащения; т.е. позволяют превращать минерал в такое химическое соединение, которое легко, обогащается классическими методами [15, 87, 93, 95]. Однако из-за больших энергетических затрат (10-20 кВт*ч/т) данная технология не вышла за рамки* лабораторных исследований;

Наибольшее применение находят электрохимические воздействия: вследствие наиболее полной научной проработки основ процесса и сравнительно низких энергетических затратах при реализации в промышленности.

Известно исследование влияния электрического тока на селективность магнитной- сепарации магнетита. Суспензия этого минерала обрабатывалась 6 током. При обработке пульпы переменным током частотой 50 Гц или однополярным током частотой 100 Гц наблюдается небольшой прирост качества концентрата, снижение содержания кремнезема с 1,8 до 1,4%. Эффект не прослеживался при применении постоянного тока.

Истощение запасов богатого сырья и вовлечение в переработку магнетитовых кварцитов, отличающихся тонкой вкрапленностью рудных и нерудных минералов, сложностью структурно-текстурных особенностей и вещественного состава, вместе с повышением спроса на мировом рынке на высококачественные низко кремнеземистые концентраты, вынуждают производителей железорудной продукции модернизировать свои технологические схемы, искать возможность их совершенствования или введения дополнительных способов обработки.

Основной научной задачей являлись расширение знаний о процессах, протекающих в системе тонкодисперсной магнетитовой суспензии, и выбор оптимальных условий электроимпульсной обработки железорудной пульпы с целью дезагрегирования магнетитовых флокул, обеспечивающего повышение качества магнетитового концентрата.

Поэтому исследования в направлении электроимпульсных воздействий являются весьма актуальными.

Целью работы является разработка метода повышения качества магнетитового концентрата на основе электроимпульсного воздействия на железорудную пульпу за счет удаления из него породообразующих минералов.

Идея работы заключается в использовании эффекта заряжения частиц в импульсном электрическом поле для интенсификации процесса дефлокуляции магнетитового концентрата.

Задачи исследований:

- Изучить механизм электростатического взаимодействия частиц рудной и нерудной фазы магнетитовой суспензии за счет формирования разноименных зарядов поверхности и причины их возникновения.

- Установить характер влияния величины напряженности импульсного электрического поля на силу электростатического взаимодействия частиц.

Экспериментально исследовать влияние электроимпульсной обработки на состояние поверхности и дефектность частиц железосодержащего материала.

- Разработать и обосновать область технологических режимов процесса электроимпульсных воздействий на железорудную пульпу.

Методы исследований: использованы химический, минералогический методы исследований исходной руды и конечных продуктов обогащения. Математическое моделирование дезагрегирования, частиц; исследование влагоемкости, лабораторные испытания процесса магнитной сепарации, математические методы планирования экспериментов и обработки результатов.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна.

- Установлен механизм и предложена модель процесса дефлокуляции на основе электростатического взаимодействия частиц минералов железа и пустой породы в зависимости от суммарных зарядов каждой частицы, величина и знак которых обусловливаются степенью дефектности и поляризацией материала концентрата во внешнем электрическом поле.

- Установлена ранее неизвестная зависимость влияния величины амплитуды напряженности импульсного электрического поля на силу взаимодействия частиц, имеющая параболический характер и позволяющая* 8 определить условия для максимальной эффективности протекания процесса дефлокуляции.

Установлены технологически обоснованные интервалы напряженности импульсного электрического поля ((0,1-4,8)* 10 В/м),

Л £ длительности импульса (10"-И 0" с) и значения электрического потенциала поверхности частиц- (<р=0,027 В для магнетита и ф=0,27В для кварца), необходимые для их дефлокуляции и обеспечивающие оптимальный режим сепарации.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- инженерной оценкой аналитических исследований; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с экспериментальными результатами;

- результатами* лабораторных испытаний'способа и технических средств для электроимпульсного кондиционирования железосодержащего концентрата на ОАО «Михайловский-ГОК».

Научное значение работы состоит в разработке механизма электроимпульсной дефлокуляции частиц минералов железа! и породы в магнетитовой суспензии, теоретическом и экспериментальном обосновании эффективности применения метода электроимпульсной дефлокуляции железорудной пульпы перед процессом магнитного обогащения.

Практическое значение работы состоит в разработке режима электроимпульсной дефлокуляции. железорудной пульпы перед процессом магнитной сепарации, обеспечивающего повышение технологических показателей обогащения. сч.

Реализация работы заключается в разработке рекомендаций, для внедрения процесса электроимпульсной дефлокуляции с целью повышения качестка конечного концентрата, которые переданы для использования на ОАО «Михайловский ГОК».

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГТУ, 2008, 2009); на международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва, УРАН ИПКОН РАН, 2008); на научных семинарах кафедры «Обогащение полезных ископаемых» МГГУ (2007-2009гг.).

Публикации. По результатам работы опубликовано 5 статьи, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Липная, Екатерина Несторовна

Основные выводы по работе заключаются в следующем.

1. Установлен механизм и предложена модель электростатического взаимодействия частиц рудной и нерудной фаз магнетитовой суспензии, позволяющая определить силу взаимодействия, обусловленную произведением суммарного заряда каждой частицы, величина и знак которого зависит от степени дефектности и поляризации материала концентрата во внешнем электрическом поле.

2. На. основе модели электростатического взаимодействия частиц установлена зависимость параболического характера влияния величины амплитуды напряженности импульсного электрического поля на силу взаимодействия частиц, что позволило найти оптимальный диапазон напряженности электрического поля, при котором преобладают силы отталкивания.

3. Показано, что силы отталкивания, возникающие между частицами кварца и магнетита, зависят от плотности дислокаций (т.е. величины остаточных деформаций минералов), диэлектрических свойств, размера частиц, а также от величины напряженности импульсного электрического поля, при этом увеличение плотности дислокаций потребует больших значений напряженности электрического поля для обработки материала.

Установлен диапазон технологически обоснованных значений (0,1-^1,8)* 10

123

В/м величины напряженности импульсного электрического поля, при котором обеспечивается процесс эффективной дефлокуляции частиц пульпы.

4. Построена динамическая модель взаимодействия рудных и нерудных частиц в пульпе, позволившая получить зависимости необходимой для дефлокуляции частиц напряженности электрического поля и длительности импульса от значения электрического потенциала поверхности частиц. Причем с увеличением электрического потенциала необходимая напряженность электрического поля увеличивается прямо пропорционально, а длительность импульса имеет максимальное значение при ср=0,027 В для магнетита и ф=0,27В для кварца.

5. Экспериментальные исследования влияния электроимпульсной обработки на частицы магнетитового концентрата позволили установить, что среднее значение количества воды, оставшейся после сушки при 240°С (физически связанная вода) в образцах без обработки, в 2 раза превышает количество оставшейся воды в образцах, после электроимпульсного воздействия, что подтверждает изменение электрического состояния частиц.

6. В процессе проведения испытаний установлено, что ЭИК способствует снижению содержания нерудной фазы в получаемом концентрате с 6,5 % до 4,5 %. Результаты проведенных лабораторных испытаний подтверждают возможность повышения содержания Реобщ в рядовом концентрате на 0,3 %, что создает возможность увеличения объемов производства рядового концентрата на 2-3 % без ухудшения его качества.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи разработки и обоснования метода электроимпульсного воздействия на железорудную пульпу, обеспечивающего повышение качества магнетитового концентрата за счет удаления из него нерудной фазы.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Липная, Екатерина Несторовна, Москва

1. Абрамов A.A. Теоретические основы оптимизации селективной флотациисульфидных руд. М.; Недра, 1978. с. 125-126.

2. Абрамов A.A. Флотационные методы обогащения: 2-е издание, переработанное и дополненное. М: Недра, 1993, С. 18-20.

3. Абрамов A.A., Леонов С.Б. Обогащение руд цветных металлов. М.: Недра,1991.

4. Авдохин В.М., Губин C.JI. Обратная катионная флотация тонкодисперсныхжелезорудных концентратов // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд-во МГГУ. - 2006. - №5. - С. 324-331.

5. Авдохин В.М. Основы обогащение полезных ископаемых. Учебник длявузов: В. 2 т. М.: Издательство МГГУ, 2006. - Т. 1. Обогатительные процессы. -417 с.

6. Авдохин В.М., Губин С.Л. современное состояние и основные направленияразвития процессов глубокого обогащения железных руд // Горный журнал. 2007. - №2. - С.58-64.

7. Ананьев П.П., Гончаров С.А., Двойченкова Г.П., Иванов В.Ю., Лесков

8. С.Ф., Липная E.H., Наумов К.И., Потапов С.А., Чантурия В.А., Чантурия Е.Л. Заявка на изобретение «Способ диспергирования материала кристаллической структуры и устройство для его осуществления» (№2008149606/03 от 17.04.2008г.).

9. Барский Л.А. Основы минералургии. Теория и технология разделения минералов.-М.: Наука, 1984, с.269.

10. Бетехтин А.Г. Минералогия. М.: Гос. изд-во геол. лит-ры, 1950. 956 с.

11. Бедрань С.Е., Скоробогатова Л.М. Переработка и качество полезных ископаемых. М.: Недра, 1986. — 271 с.

12. Богданов О.О. и др. Справочник по обогащению руд. Подготовительныепроцессы. -М.: Недра, 1986. — 415 с.

13. Бондаренко Е.И., Топалов В.Ю., Турик A.B. Кристаллография 1992. т.37,вып. 6, 1572 с.

14. Бунин И.Ж. Мощные наносекундные электромагнитные импульсы и их применение в процессах дезинтеграции минеральных комплексов//Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. - № 2.- С.376-391.

15. Вакула В.Л., Притыкин Л.М. Физическая химия адгезии полимеров. М.,1984.

16. Виноградов В.Е. Подавление центров кавитации в воде при импульсномрежиме. Письма в ЖТФ, 2009, том 35, вып.2. - С. 1-7.

17. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. 2-е изд. М., 1975.

18. Грицай Ю.Л., Педан М.В., Герасимова З.Ф., Безверхняя И.П. Исследования по закреплению дисперсных рудных минералов на поверхности кварца при измельчении железистых кварцитов. — В сб.

19. Обогащение руд черных металлов. Тематический сборник. Вып. 9. М.: Недра.-1980.-с.3-9.

20. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Иванов В.Ю. Разупрочнение горных породпод действием импульсных электромагнитных полей. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2006.-91с.

21. Гончаров С.А., Бондаренко Ю.В., Чурилов Н.Г., Семенов В.В. Оценка электростатического заряда пылевых частиц, образующихся при добыче и переработке железистых кварцитов // Горный журнал. — 2002, №7, С. 82-84.

22. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Дацко С.А., Бельченко Е.Л., Томаев В.К. Применение электромагнитной обработки минерального сырья с целью создания ресурсосберегающей технологии его измельчения//Горный журнал. 2002. - №3. - С.21-24.

23. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Дацко С.А., Мартынов Ю.А., Осташевский A.A. Использование электромагнитной обработки золотосодержащих руд на этапе измельчения и цианирования/ТГорный информационно-аналитический бюллетень. 2004. - №7.- С.5-7.

24. Гончаров С.А., Ананьев П.П. Применение магнитно-импульсной обработки руд с целью повышения технологических показателей их переработки // Горный журнал 2008, №5, С. 20-22.

25. Гончаров СЛ., Ананьев П.П., Ермаков C.B. Разупрочнение горных пород в импульсных магнитных полях сложной пространственно-временной структуры // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ) -2008, №6, С. 117-124.

26. Гончаров С.А. Перемещение и складирование горной массы: Учебник длявузов. 3-е изд. - М.: Изд-во МГГУ, 2006. - 284 с.127

27. Губин C.JI. Повышение качества магнетитовых концентратов Михайловского ГОКа с применением колонных флотомашин // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд-во МГГУ. - 2006. - №7. - С.355-362.

28. Губин C.JL, Авдохин В.М. Флотация магнетитовых концентратов катионными собирателями // Горный журнал. — 2006. №7. — С.80-84.

29. Денев С.И., Стоицева Р.В. Раскрытие минералов при различных энергетических воздействиях. — Banicke listy, 1980? Mimor.cislo cb. 305309.

30. Дерягин Б.В., Кротова H.A., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. — М., 1973.

31. Дмитриева Г.М., Богачев В.И., Гзогян Т.Н., Потапов С.А., Ангелова С.М.

32. Интенсификация мокрой магнитной сепарации железных минералов и руд применением электрохимического кондиционирования пульпы. В сб. Методы повышения эффективности переработки минерального сырья. - М.: ротапринт ИПКОН РАН СССР, 1986, с. 18-25.

33. Евсиович С.Г., Журавлев С.И. Обогащение магнетитовых руд. М.: Недра, 1972.-392 с.

34. Егоров B.JI. Обогащение полезных ископаемых. М.: Недра, 1986, -421 с.

35. Жан-Клод Бакри, Рене Массарт. Синтез и изучение физико-химических свойств магнитных коллоидов на основе водных сред, не содержащихповерхностно-активных веществ // Nouveau journal de chimie, 1983, volume 7, №5, C.325-331.

36. Захваткин B.K. Современные направления в развитии технологических схем подготовки руд к обогащению/Юбогащение руд. 1975. - №5. — С.9-15

37. Зильбершмидт М.Г., Заворыкина Т.К. Методика исследования структурного состояния горных пород. М.: МГГУ, 1989.

38. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные, электрические методы обогащения полезных ископаемых: Учебник для вузов. 1 том. М.: МГГУ, 2005. - 669 с.

39. Кретов С.И., Губин С.Л., Потапов С.А. Совершенствование технологии переработки руд Михайловского месторождения // Горный журнал. -2006. №7. - С.71-74.

40. Косевич A.M., Маргвелашвили И.Г., Саралидзе З.К., ФТТ 7, 464 (1965).

41. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. М.:1. Наука, 1974.

42. Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. 2-е изд.-К., 1971.-с. 138.

43. Кэдп У. Пьезоэлектричество и его практическое применение, пер. с англ.,1. М., 1949.

44. Лёб JI. Статическая электризация, пер. с англ., М.—Л., 1963.

45. Липная E.H., Ананьев П.П. Электростатическое взаимодействие частиц магнетитового концентрата в электрическом поле // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2009. №5. — С.237-244.

46. Липная E.H. Анализ влияния электростатического взаимодействия частиц на процесс флокуляции магнетитового концентрата // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2009. №7. - С.345-349.

47. Липная E.H., Наумов К.И., Ананьев П.П., Потапов С.А. Физико-технические основы проектирования оборудованияя для электроимпульсного кондиционирования магнетитовых концентратов // Горное оборудование и электромеханика, 2010. №2, - С 36-38.

48. Липная E.H. Взаимодействие частиц магнетита и кварца в пульпе под воздействием электрического поля // Материалы 5 Международной научной школы молодых ученых и специалистов. 11-14 ноября 2008 г. -М.: УРАН ИПКОН РАН, 2008. С.263-266.

49. Малюшевский П.П. Основы разрядно-импульсной технологии. Киев: Наукова Думка, 1983. -272 с.

50. Методы минералогических исследований. Справочник. Под ред. А.И. Гинзбуга. -М.: Недра, 1985.

51. Митрофанов С.И., Барский Л.А., Самыгин В.Д. Исследование полезных ископаемых на обогатимость. М.: Недра, 1974.

52. Мэзон У. Пьезоэлектрические кристаллы и их применение в ультраакустике, пер. с англ., М., 1952.

53. Некрасов Б.В. Основы общей химии М.: Химия, 1973. - 688 с.

54. Николаенко В.П. Обесшламливание концентратов магнитного обогащения железных руд. // Обогащение и окускование руд черныхметаллов. Сб. научн. Трудов Механобрчермет, вып. XI. М.: Недра, 1970. С. 100-112.

55. Николаенко В.П., Гапич Т.Н. Некоторые особенности захвата частиц слабомагнитных и немагнитных минералов в магнетитовые концентраты. В сб. Обогащение руд черных металлов. Тематический сборник. Вып. 9. -М.: Недра. - 1980. - с.60-65.

56. Новик Г.Я., Зильбершмидт М.Г. Управление свойствами пород в процессах горного производства. М.: Недра, 1994, 224 с.

57. Осипьян Ю.А. Взаимодействие электронов с дислокациями в кристаллах // Вестник российской академии наук, том 76 2006, №10. С. 899-908.

58. Остапенко П.Е. Обогащение железных руд. М.: Недра, 1977

59. Остапенко П.Е. Теория и практика обогащения железных руд. М.: Недра.- 1985.270 с.

60. Орлов A.M., Соловьев A.A., Явтушенко И.О., Скворцов A.A. Влияние электрического поля на дислокационную структуру кремния при индентировании в воде // Физика твердого тела. 2009. — том 51, вып.1.- С.48-51.

61. Панин В.Е., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск: Наука, 1985.

62. Павинский П.П. Введение в теорию твердого тела: Учеб. пособие. JL, Изд-во Ленингр. ун-та, 1979. — С. 73.

63. Пилов П.И. Повышение качества магнетитовых концентратов путем их механической обработки // Горный журнал 1999, №6, С. 30-32.

64. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. Изд. 3-е перераб. и доп. М. Недра, 1978, С. 115-126.

65. Седельникова Г.В., Романчук А.И. Переработка руд благородных и цветных металлов с применением инновационных технологий. // Горный журнал №2, 2010, с.18-22.

66. Смольяков А.Р. Получение высококачественного железорудного сырья сприменением сепарации во вращающемся магнитном поле для качественной металлургии. /Дисс. к.т.н. /АН СССР, Инст. металлургии им. A.A. Байкова.-М., 1981.

67. Справочник по обогащению руд. В 4-х книгах. -М.: Недра, 1984.

68. Справочник по обогащению руд черных металлов. — М.: Недра. — 612 с.

69. Справочник. Технологическая оценка минерального сырья. В 4-х книгах/Под ред. акад. П.Е. Остапенко -М.: Недра, 1990-1991.

70. Судзуки Т., Есинага X., Такеути С. Динамика дислокаций и пластичность:

71. Пер. с япон. М.: Мир, 1989. - С. 18-19, 155.

72. Таггарт А.Ф. Основы обогащения. -М.: Металлургиздат, 1957

73. Томов Т.Г. Влияние электрохимической обработки пульпы на флокуляцию частиц железных минералов. В сб. Методы повышенияэффективности переработки минерального сырья. — М.: ротапринт ИПКОН РАН СССР, 1986, с.45-52.

74. Трофимова Э.А., Чантурия В.А., Двойченкова Г.П., Ковальчук Х.У., Самхарадзе Н.Я., Богатырева Г.И. Интенсификация флотации окисленных железистых кварцитов электрохимическими воздействиями.

75. В кн. Флотация тонковкрапленных руд. Сборник трудов ИПКОН РАН.- под ред. Чантурия В.А. Ленинград: Наука. - 1985. - с.43-51.

76. Тяпунина H.A., Белозерова Э.П. Заряженные дислокации и свойства щелочногалоидных кристаллов // Успехи физических наук, том 156, вып.4, 1988, №12, С. 683-717.

77. Тяпунина H.A., Белозерова Э.П. Заряженные дислокации и свойства щелочногалоидных кристаллов // Успехи физических наук, том 156, вып.4, 1988, №12, С. 683-717.

78. Урусовская A.A. Электрические эффекты, связанные с пластической деформацией ионных кристаллов // Успехи физических наук, том 96, вып. 1, 1968, №9, С. 39-60.

79. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых. Под ред. Дортмана. -М.: Недра, 1976, 527 с.

80. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии (Поверхностные явления и дисперсные системы): учебник для вузов. М.: Химия, 1982. С.44-74.

81. Хабаров В.И., Звегинцев А.Г., Клищенко E.H., Дмитриева Г.М. Влияниеэлектрохимической обработки на флокуляцию и магнитную сепарацию мелкодисперсных гематитов. В сб. Комбинированные методы переработки руд. - М.: ИПКОН АН СССР, 1988. - 192с.

82. Хвольсон О. Д. Курс физики, 5 изд., т. 4, Берлин, 1923.

83. Ходаков Г.С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972.

84. Чантурия В.А., Вигдергауз В.Е. Электрохимия сульфидов. Теория и практикафлотации. -М.: Издательский дом «Руда и Металлы», 2008. 272 с.

85. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Механизмы дезинтеграции минеральных сред при воздействии мощных электромагнитных импульсов // Известия АН. Серия «Физическая». 2004. -№ 5. - С.629-631.

86. Чантурия В.А. Современные проблемы обогащения минерального сырьяв России // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1999. - №3. - С.107-121.; Обогащение руд. - 2000. - №6. -С.3-8.

87. Чантурия В.А., Авдохин В.М., Краснов Г.Д. и др. Обогащение полезныхископаемых // В сб.: Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / РАН, АГН, РАЕН, МИА; Под ред. акад. К.Н. Трубецкого. М.: Изд-во АГН, 1997.-С.З 85-473

88. Чантурия В.А., Назарова Г.Н. Электрохимическая технология в обогатительно-гидрометаллургических процессах. М.: Наука, 1977.160 с.

89. Чантурия В.А., Лунин В.Д. Электрохимические методы интенсификациипроцесса флотации. М.: Наука, 1983. 144 с.

90. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Ковалев А.Т. Механизмы дезинтеграции минеральных сред при воздействии мощных электромагнитных импульсов // Известия АН. Серия «Физическая». 2004. -№5. - С.629-631.

91. Чантурия В. А. Перспективы устойчивого развития горноперерабатывающей индустрии России // Горный журнал. 2007. -№2.- С.2-9.

92. Чантурия В.А., Вигдергауз В.Е. Научные основы и перспективы промышленного использования энергии ускоренных электронов в обогатительных процессах // Горный журнал, №7, 1995. С.53-57.

93. Чантурия В.А., Дмитриева Г.М., Трофимова Э.А. Интенсификация обогащения железных руд сложного вещественного состава М.:Наука, 1988. -206 с.

94. Чаркина О.В., Чишко К.А. Электромагнитное излучение подвижных дислокационных сегментов в ионном кристалле. Физика твердого тела, 2001, том 43, вып. 10, с.1821-1827.

95. Шелудко А. Коллоидная химия. -М.: Мир, 1984, с.192-220.

96. Шинкоренко С.Ф., Белецкий Е.П., Ширяев A.A. и др. Справочник по обогащению руд черных металлов. М.: Недра, 1980. - 528 с.

97. Шикин В.Б., Шикина Ю.В. Заряженные дислокации в полупроводниковых кристаллах // Успехи физических наук. — Том 165, №8, с.887-917.

98. Яворский Б.М., Детлаф A.A. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов. М.: Наука. — 1968.

99. J.D. Eshelby, C.W.A. Newey, P.L. Pratt, A.B. Lidiart, Philos. Mag. 3, 75 (1958).

100. G. Ballabio, A. Goldoni, S. Modesti, E. Tosatti. Fractional surface doping by topological neutral wall intersections on Ge (111), Physical Review Letter, 87, 186802 (2001).