Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка технологии обогащения гравитационных алмазосодержащих концентратов в тяжелых средах

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии обогащения гравитационных алмазосодержащих концентратов в тяжелых средах"

На правах рукописи

ДЖУРА ВАДИМ АЛЬБЕРТОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ ГРАВИТАЦИОННЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ КОНЦЕНТРАТОВ В ТЯЖЕЛЫХ СРЕДАХ

Специальность 25.00.13 - Обогащение полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ИРКУТСК 2004

Работа выполнена в Иркутском государственном техническом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор К.В. Федотов.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор К.Л. Ястребов., Иркутский государственный Технический университет. Кандидат технических наук В.А. Белобородов., заведующий лабораторией горного института Кольского научного центра Российской Академии наук.

Ведущее предприятие: Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт

Защита состоится « 14 » апреля 2004 г. в У*"часов на заседании

диссертационного совета Д 221.073.02. Иркутского государственного технического университета по адресу: 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83, конф. зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИрГТУ.

Автореферат разослан: 12 марта 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор

В.М. Салов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Алмазный рынок является одной, из преуспевающих сфер мировой экономики, в том числе и экономики России. Ежегодный спрос на бриллианты в мире в настоящее время оценивается в 1112 млрд. долларов, что подтверждает существование реальных возможностей расширения их производства. Современная разработка месторождений алмазов АК АЛРОСА характеризуется применением нового высокопроизводительного и надежного оборудования, внедрением полностью автоматизированных процессов переработки, постоянным совершенствованием технологических схем, использованием новых процессов и аппаратов, соответствующих мировым стандартам.

Одной из нерешенных проблем при обогащении алмазосодержащих руд, в частности на фабрике № 14, является сокращение выхода гравитационных концентратов, поступающих в процесс доводки, и, как следствие, снижение количества поврежденных алмазов в готовой продукции за счет уменьшения циркулирующих продуктов в схеме. Решение этого вопроса с применением перечистки гравитационных концентратов методом тяжелосредной сепарации (ТСС) позволит получить значительный экономический эффект, так как стоимость неповрежденных кристаллов при их реализации во много раз выше.

Цель работы: разработка технологии и оценка эффективности тяжелосредной сепарации для перечистки гравитационных концентратов.

В работе решались следующие задачи:

1. Изучение возможности применения ТСС для перечистки концентратов отсадки и винтовых сепараторов крупностью соответственно -6+3 и -3+1 мм.

2. Совершенствование применяемой методики определения надежности и точности опробования алмазосодержащих продуктов при оценке эффективности ТСС.

3. Выбор оптимальных режимов работы установки ТСС с применением расчетной методики оценки определяющих параметров кривых Тромпа.

4. Обоснование необходимости удаления магнитной фракции из питания ТСС и разработка оптимального режима процесса магнитной сепарации.

5. Разработка и оценка эффективности технологической схемы обогащения гравитационных концентратов крупностью -6+1 мм фабрики № 14 Айхальского ГОКа.

Идея работы: применение процесса тяжелосредной сепарации для перечистки гравитационных алмазосодержащих концентратов.

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

Научная новизна.

1. Разработана математическая модель оценки эффективности обогащения для процесса тяжелосредной сепарации по кривой Тромпа, позволяющая расчетным путем определять плотность разделения и вероятное отклонение.

2. Впервые предложена и идентифицирована по экспериментальным данным формула для определения плотности распределения кристаллов алмазов по крупности.

3. Впервые выявлена возможность применения и освоена технология тяжелосредной сепарации для перечистки гравитационных алмазосодержащих концентратов.

Методы исследований. В работе использовался метод фракционного анализа продуктов с использованием тяжелых жидкостей. Оценка эффективности процесса ТСС осуществлялась с помощью трассеров-имитаторов различного размера и различной плотности, в том числе и имитаторов алмазной фракции 3,4-3,56 г/см3; также использовались алмазы, специально облученные в реакторах для изменения цвета с целью упрощения их выборки. Применялись математическое моделирование процесса, планирование и обработка результатов эксперимента.

Практическая значимость. На основании теоретических и экспериментальных исследований выявлена возможность и установлены оптимальные параметры процесса ТСС для перечистки гравитационных алмазосодержащих концентратов крупностью -6+1 мм. Разработана технологическая схема процесса, перечистки указанных концентратов. Предложена уточненная формула для определения массы частной пробы при обогащении алмазосодержащих руд.

Реализация результатов работы. В результате внедрения предложенной технологии экономический эффект за период с 01.07.02 по 31.12.02 составил (в ценах 2002 г.) 600 тыс. руб.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались в научно-исследовательских институтах и на международных, всероссийских и региональных конференциях, в том числе на:

-Всероссийской научно-практической конференции «Гидроминеральные ресурсы Восточной Сибири», (Иркутск, 2001 г.), международной научно-технической конференции «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья», (Чита, 2002 г.) Читинский государственный технический университет.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 научных работ.

Объем и структура работы. Диссертационный материал содержит 132 страниц основного текста, два приложения. Диссертация состоит из введения, 5 списка.

* Г' и^ 4

1 !.•■ Ц,,'

На защиту выносятся следующие основные положения:

- результаты исследований возможности применения процесса ТСС для перечистки гравитационных концентратов отсадки и винтовых сепараторов крупностью -6+3 и -3 + 1 мм фабрики № 14 Айхальского ГОКа;

- функция плотности распределения кристаллов алмазов по крупности;

- математическая модель и расчетная методика оценки эффективности обогащения гравитационных концентратов в тяжелых средах с применением кривых Тромпа;

- технологическая схема перечистки гравитационных концентратов с применением ТСС с предварительным удалением магнитной фракции.

Современное состояние технологии обогащения алмазосодержащего сырья в тяжелых средах

Алмазы с учетом их уникальных свойств, возможности использования в разных областях науки и техники и применения в качестве валютного эквивалента являются наиболее ценными из всех минералов. Содержание ценного компонента в добываемой руде экстремально мало (10-100 карат на 100 т руды). Поэтому для максимального извлечения в возможно меньший объём продукта высокоценных отдельных алмазов необходим эффективный и дешевый способ предварительной концентрации, каким является тяжелосредная сепарация.

Для алмазосодержащих руд в качестве утяжелителя применяют мелкогранулированный ферросилиций. Эффективность разделения в тяжелых суспензиях выше эффективности обогащения на отсадочных машинах и зависит от вещественного состава руды, физических свойств суспензии, типа сепараторов и крупности обогащаемого материала.

В мировой практике процесс обогащения в тяжелых средах широко применяется для первичного обогащения алмазосодержащих руд как крупных, так и мелких классов. В отечественной практике также известно обогащение в тяжелых средах кимберлитов руды трубки «Мир» и трубки «Ботуобинская». Однако нет сведений об использовании этого процесса как в зарубежной, так и отечественной практике для перечистки гравитационных алмазосодержащих концентратов.

Отсутствуют глубокие теоретические исследования, в том числе и по использованию математического аппарата при обогащении кимберлитов в тяжелых средах.

Методика определения надежной массы пробы алмазосодержащей руды или продуктов обогащения, используемая в отечественной практике, требует дальнейшего уточнения и развития.

Для повышения эффективности переработки отечественного алмазосодержащего сырья путем применения процесса обогащения в тяжелых средах поставлены следующие задачи:

- Исследование возможности применения ТСС для перечистки гравитационных концентратов, что по сравнению с вариантом первичного

обогащения руды позволит сократить расходы на утяжелитель, снизить количество концентрата, поступающего в цех доводки, и, следовательно, количество алмазов в циркулирующую нагрузку на мельницы; сохранить целостность кристаллов алмазов и улучшить технико-экономические показатели.

- Уточнение и развитие существующей методики определения надежной массы частной пробы алмазосодержащих продуктов для достоверной оценки результатов экспериментов.

- Прогнозирование оптимальных технологических параметров процесса с применением метода математического моделирования.

- Разработка и внедрение схемы обогащения гравитационных концентратов крупностью -6+1 мм с предварительным удалением части тяжелой фракции в виде магнитного продукта. Определение безвозвратных потерь утяжелителя.

Характеристика объектов исследования

Рудной базой является кимберлитовая трубка «Юбилейная». Три типа кимберлитов имеют промышленную алмазоносность - порфировый кимберлит, автолитовая кимберлитовая брекчия, кимберлитовая брекчия.

Основные минералы: магнетит, пироп, пикроильменит, хромистая шпинель, оливин, кальцит, кварц. Технологическая схема переработки руды до внедрения процесса ТСС представлена на рис.1, технологическая схема для тяжелосредного обогащения - на рис.2. В качестве утяжелителя при приготовлении суспензии применяется мелкогранулированный ферросилиций, представленный в основном зернами крупностью - 40 мкм (96,9-92,1%).

Основным недостатком ранее действовавшей технологической схемы фабрики является высокий выход гравитационных концентратов, поступающих в цех доводки, что препятствовало повышению производительности фабрики и ухудшало качество готовой продукции, снижало целостность кристаллов алмазов при значительной циркуляции в процессе. Автор предложил заменить процесс перечистной отсадки на более эффективный процесс тяжелосредной сепарации.

Питанием для тяжелосредной установки являются алмазосодержащие гравитационные концентраты отсадки крупностью -6+3 мм и винтовых сепараторов после перечистки на отсадочной машине крупностью -3 + 1 мм. Содержание минералов тяжелой фракции плотностью более 2,9 г/см составляет в среднем 7,6-21,2%.

В тяжелой фракции имеется значительное количество сильномагнитных минералов (магнетит, магнетизированный кимберлит), что обуславливает возможность и необходимость их удаления из гравитационных концентратов перед процессом ТСС.

Рис. 1 Технологическая схема обогащения фабрики №14 до внедрения ТСС

Рис. 2 Принципиальная технологическая схема тяжелосредного обогащения на фабрике № 14

Методика проведения исследований

При расчете надежной массы пробы по функции Пуассона определяющей характеристикой надежности и точности является количество кристаллов алмазов в массе пробы. Однако все оценки содержания алмазов, как в продуктах обогащения, так и в исходной руде принято производить по общей массовой концентрации алмазов. При этом возникает весьма трудоемкая задача определения средней массы кристаллов алмазов в заданных границах крупности. В настоящее время эта работа проводится экспериментальным путем. Однако, если по каким-либо причинам необходимо изменить границы крупности, то экспериментальную работу по определению средней массы кристаллов алмазов заданной крупности необходимо проводить заново. При известной функции плотности распределения кристаллов по крупности, средневзвешенный диаметр кристаллов можно находить расчетом по формуле:

< = \rndr,

где f (г) - функция плотности распределения кристаллов алмазов по крупности.

г-переменная интегрирования; сЗ,+1<= г<= {1,.

Анализ значительного количества экспериментальных данных позволяет утверждать, что существует характерная для данного месторождения достаточно устойчивая функция распределения кристаллов алмазов по размерам (табл. 1, рис. 3 ). Это дает возможность производить оценку общего содержания алмазов в продуктах обогащения и в исходной руде по результатам определения содержания, с использованием расчетной средней массы кристаллов алмазов для различных классов крупности.

Таблица 1

Среднее содержание кристаллов алмазов и плотности распределения кристаллов по крупности

Параметр Крупность кристаллов алмазов, с1ср, мм |

9,75 7,35 5,725 4,375 3 1,850 1,35 0,75

I1.0/» •"и 1,13 1,05 5,37 5,98 46,1-2 12,78 26,49 1,09

У—,%/мм п&х, 0,32 0,81 2,75 7,97 23,06, 42,59 37,84 2,189

■О (*0 ~~ Хт ) иДх, 3,54 8,91 30,30 87,66 253,64 468,47 416,22 24,06

-1 0,003822 0,02245 0,132 1,04676 9,39395 73,9894 169,1705 57,04206

Для повышения эффективности работ по опробованию необходимо предварительно найти функцию плотности распределения кристаллов алмазов по крупности. Такие работы проводились многократно, однако до настоящего времени весомых результатов получено не было.

Это объясняется тем, что каждое месторождение имеет свои морфологические особенности, в результате чего образование зародышей кристаллов алмазов, и их развитие происходило при разных условиях. Исходя из общетеоретических представлений можно предположить, что функция плотности распределения кристаллов должна быть универсальна (т.е. одинакова для всех месторождений) и должна отличаться только численными значениями характеристических параметров.

Основой для проведения работы по поиску функции плотности распределения является экспериментальный материал, накопленный на каждом месторождении до настоящего времени.

Анализ данных, представленных в табл. 1, показывает, что функция плотности распределения кристаллов алмазов унимодальна и асимметрична. Попытки формально описать эту функцию различными функциями распределения, включающими нормальный, логнормальный и другими законами распределения, не принесли желаемого результата. Хорошее совпадение с экспериментальными данными дала функция плотности распределения кристаллов алмазов по крупности, имеющая вид:

Здесь: у - нормировочный множитель;

- коэффициенты идентификации;

Численные значения коэффициентов были найдены по экспериментальным данным, представленным в табл. 1.

7=102825; р=10; а=0,00909; У=5,76042; и=0,19300; и0=1,22484; «=0,02916;

Таблица 2

Экспериментальные и расчетные значения плотности распределения

кристаллов алмазов по крупности.

Экспериментальное распределение,мм"1 Теоретическое распределение,мм"1 Крупность кристаллов алмазов,мм

0,003822 0,003269 9,750

0,02245 0,02954 7,350

0,1315 0,1160 5,725

1,047 0,599 4,375

9,394 8,072 3,000

73,989 103,372 1,850

169,171 159,757 1,350

57,042 38,881 0,750

Расчетные значения функции распределения и экспериментальные данные представлены в табл. 2.

О 2 4 6 8 10 Крупность алмазов, мм

I —»—Экспериментальная —Ш— Расчетная |

Рис.3 Кривые плотности распределения кристаллов алмазов по крупности

Хорошее совпадение экспериментальных и расчетных значений свидетельствует об адекватности найденной функции плотности распределения фактической плотности распределения по крупности кристаллов алмазов данного месторождения.

В зарубежной и отечественной практике для оценки технологической эффективности процесса обогащения алмазосодержащих руд и песков в тяжелой суспензии применяются трассеры, изготовленные в виде кубов различного размера и различной (фиксированной!) плотности.

Оценка эффективности обогащения с применением трассеров по кривым Тромпа имеет существенный недостаток - необходимость определения количественных параметров — плотности разделения и среднего вероятного отклонения по графику. Это обстоятельство резко снижает информативную ценность определяемых параметров, т.к. вносит элемент субъективизма в их оценку.

Для устранения указанного недостатка автором была проведена работа по поиску и разработке математической модели, позволяющей адекватно описывать кривые Тромпа и одновременно по экспериментальным данным определять плотность разделения и среднее вероятное отклонение.

Разработка математической модели оценки эффективности -обогащения по кривым Тромпа для процесса тяжелосредной

сепарации

Для разработки математической модели процесса ТСС были проведены исследования с применением трассеров. В плане исследований предусматривалось изучение влияния таких входных факторов процесса

ТСС, как плотность суспензии рс, диаметр трассеров ё и диаметр песковой насадки Ь, а также выходные характеристики процесса ТСС — извлечение е , плотность разделения ро и среднеквадратичное отклонение - о. Методика проведения исследований с применением трассеров предусматривает работу установки ТСС без исходного питания. В смесительное устройство подается суспензия и вводятся трассеры различной плотности до 3000 штук. Для удобства выборки трассеры разных плотностей окрашены в разные цвета. После перемешивания суспензия подается в установку ТСС. После выборки и отмывки трассеры сортируются по плотности, затем определяется их извлечение. На основании полученных данных строится кривая Тромпа. Каждый эксперимент проводится при определенной неповторяющейся комбинации значений плотности суспензии, диаметра трассеров и диаметра песковой насадки.

В результате проведенных экспериментов была получена совокупность кривых Тромпа для различных режимных условий.

В результате теоретического исследования процесса ТСС и численного анализа полученных кривых была предложена интегральная функция Лапласа в качестве математической модели процесса ТСС.

Одним из решающих аргументов в пользу выбора нормального закона распределения плотности вероятности для описания неопределённости поведения разделяемых частиц в смысле их попадания в пески или в хвосты, является многофакторность процесса тяжелосредной сепарации. На частицу действует совокупность многих факторов, большинство из которых является принципиально случайными (турбулентность и т.д.), и результат попадания частицы в тот или иной продукт является суммарным итогом действия определяющих детерминированных сил и совокупным действием случайных факторов. Поскольку нормальный закон распределения является предельным законом, то какими бы законами распределения не описывались каждый из множества случайных факторов, воздействующих на частицу в процессе ТСС, суммарный итог их случайного действия на формирование неопределённости в поведении частицы будет подчиняться нормальному закону.

Чем сильнее в процессе влияние случайных факторов по сравнению с детерминированными, тем больше должна быть величина среднеквадратичного отклонения.

Плотность, соответствующая наибольшей неопределённости в поведении частицы, т.е. 50%-ной вероятности попадания в тот или иной продукт, называется плотностью разделения и соответствует математическому ожиданию нормального распределения.

Как известно, функция Лапласа определяется двумя параметрами -средним значением (или математическим ожиданием) и среднеквадратичным отклонением.

Эти параметры являются прямыми аналогами параметров, определяющих характер кривой Тромпа, плотности разделения и полуширины интервала на кривой Тромпа с границами, соответствующими значениям извлечения 25 и 75%. Чтобы рассчитать вероятность попадания в песковый продукт (или извлечение всех частиц плотностью до р' включительно), нужно найти интеграл:

Численными методами из условия минимума суммы квадратов отклонений для каждой кривой Тромпа были определены значения р0 (плотность разделения) и а (среднеквадратичное отклонение).

Одновременно рассчитывались распределительные числа для каждого значения плотности трассеров. Хорошее совпадение расчетных и экспериментальных значений распределительных чисел для кривых Тромпа свидетельствует об адекватности выбранной математической модели экспериментальным кривым Тромпа. Для иллюстрации на рис.4 приведены экспериментальная и расчетная кривые извлечения трассеров различных плотностей впроцессеТСС.

| %! 1оо-

3 3,5

Плотность трассеров, г/смЗ

-Экспериментальная 27

-Расчетная 27

Рис. 4 Расчетная и экспериментальная кривые Тромпа для условий: рс=2,7г/см3; с!= 4мм; Ь= 90мм

Исследование технологических показателей и разработка технологической схемы фабрики В ходе испытаний впервые показана возможность и эффективность применения тяжелосредного обогащения для перечистки гравитационных алмазосодержащих концентратов крупностью -6+1 мм на установке с использованием центробежного метода разделения в гидроциклоне. Основные технологические показатели процесса определены при плотности суспензии 2,5-2,6 г/см3 и давлении на входе в гидроциклон 135-150 кПа. Производительность установки - не более 96,0 т/ч. Выход концентрата составил 15,5-22,9 % и находился в прямой зависимости от содержания минералов тяжелой фракции в исходном питании гидроциклона. Концентрат на 97,0-99,6 % представлен тяжелой фракцией, извлечение которой составило

86,6-97,8 %. На отсадочных машинах столь высокое извлечение может быть получено лишь при выходе концентрата в пределах 50-60 %, то есть при существенном его разубоживании.

Определены безвозвратные потери утяжелителя суспензии -мелкогранулированного ферросилиция, который выводится в отвал с хвостами гидроциклона крупностью -3 мм, немагнитной фракцией схемы регенерации, концентратом и хвостами крупностью -6+3 мм, направляемыми в цех доводки и на доизмельчение. Суммарные потери ферросилиция составляют 180-280 г/т.

Массовая доля сильномагнитных минералов в питании установки во время испытаний была 2,0-10,8 % в зависимости от состава обрабатываемой шихты, извлечение их в концентрат - 49,4-73,7 %. При этом на основании изучения вещественного состава исходного питания установлено, что концентраты винтовых сепараторов (после перечистки на отсадочных машинах М0-105) крупностью -3+1 мм содержат до 38 % материала (сростков кимберлита с магнетитом), имеющего повышенную магнитную восприимчивость.

Разработана схема обогащения гравитационных концентратов крупностью -6+1 мм, включающая тяжелосредное обогащение и предварительную магнитную сепарацию исходного питания крупностью -3+1 мм (рис. 5).

Экономический эффект от использования процесса тяжелосредного обогащения для перечистки гравитационных концентратов крупностью -6+1 мм за период с 01.07.02 по 31.12.02 составил 600 тыс. руб.

Рис. 5 Схема обогащения руды на фабрике №14 с применением тяжелосредной сепарации гравитационных концентратов крупностью -6+1 мм и магнитной сепарации гравитационного концентрата крупностью -3+1 мм

15

Ц-4834

Основные положения работы опубликованы изданиях:

1. Джура В.А., Кулебякин Н.М., Селезнева Н.И., Федотов К.В. Методика подготовки и регенерации суспензии // Гидроминеральные ресурсы Восточной Сибири: Сборник научных трудов.-Иркутск, 2001.-С. 100-104.

2. Кулебякин Н.М., Джура В.А. Оценка эффективности процесса тяжелосредного обогащения кимберлита в гидроциклоне // Обогащение руд. -Иркутск, 2001.-С. 135-139.

3. Джура В.А., Кулебякин Н.М., Селезнева Н.И., Соловьева Л.С., Тестова И.Я., Федотов К.В. Обогащение алмазосодержащих кимберлитов в тяжелой суспензии // Обогащение руд. - Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2002. С.3-8.

4. Джура В.А., Кулебякин Н.М., Федотов К.В. Применение процесса обогащения в тяжелых средах при переработке алмазосодержащей руды месторождений тр. «Юбилейная» // Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья: Мат-лы международного совещания: Плаксинские чтения-2002.-Чита; сент. 2002 г.-С.61.

5. Джура В.А., Миронов А.П., Федотов К.В. Математическое обоснование величины надежной массы пробы для алмазосодержащих продуктов/Вестник ИрГТУ.-Иркутск, 2002. С.59-65.№12.

6. Джура В.А., Миронов А.П., Федотов К.В. Исследование статистических характеристик алмазосодержащих продуктов для определения надежности и оптимальной массы пробы//Мат-лы IV конгресса обогатителей стран СНГ. - М.,2003. - С.62.

спешки

щих -научных

Формат 60x84 1/16. Бумага типографская. Печать офсетная. Усл. печ. л. Уч.-изд.л. 4,0. Тираж 400 экз. Зак. 138..

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Джура, Вадим Альбертович

ВВЕДЕНИЕ.

1. Современное состояние технологии обогащения алмазосодержащего сырья в тяжелых средах.

1.1. Особенности и преимущества применения тяжелых сред.

1.2. Свойства тяжелых суспензий.

1.3. Утяжелители.

1.4. Оборудование, применяемое для обогащения руд в тяжелых суспензиях.

1.5. Зарубежная практика использования тяжелосредных установок с динамическими сепараторами для извлечения алмазов.

1.6. Анализ применения тяжелых суспензий в отечественной практике переработки кимберлитов.

Выводы.

2. Характеристика объектов исследования.

2.1. Характеристика рудной базы.

2.2. Технологическая схема обогатительной фабрики.•.

2.3. Технологическая схема тяжелосредной установки (ТСУ).

2.4. Характеристика питания тяжелосредной сепарации.

Выводы.

3. Методика проведения исследований.

3.1. Оценка эффективности тяжелосредного обогащения в гидроциклоне.

3.1.1 Оценка эффективности обогащения по извлечению алмазов.

3.1.2 Расчет минимальной массы проб алмазосодержащих продуктов при известных значениях средней массы кристаллов алмазов.

3.2 Определение массы частной пробы алмазосодержащих продуктов и функции плотности распределения кристаллов алмазов по крупности.

3.2.1 Расчет массы частной пробы.

3.2.2 Определение гранулометрического распределения.

3.2.3 Функция плотности распределения кристаллов алмазов по крупности.•.

3.2.4 Косвенный метод контроля эффективности процесса обогащения по извлечению тяжелой фракции.

3.2.5 Оценка технологической эффективности процесса обогащения по извлечению трассеров.

3.3 Определение некоторых параметров тяжелосредного обогащения.

3.3.1 Определение плотности и расхода суспензии.

3.3.2 Качество утяжелителя.

3.3.3 Определение производительности установки.

3.3.4 Расчет безвозвратных потерь гранулированного ферросилиция.

Выводы.

4. Разработка математической модели оценки эффективности обогащения по кривым Тромпа для процесса тяжелосредной сепарации.

Выводы.

5. Исследование технологических показателей

ТСС и разработка технологической схемы фабрики.

5.1. Исследование возможности работы установки на гравитационных концентратах.

5.2. Изучение возможности вывода магнитной фракций из питания ТСУ.

5.3. Разработка технологической схемы с применением магнитной сепарации и ТСС.

Выводы.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка технологии обогащения гравитационных алмазосодержащих концентратов в тяжелых средах"

Актуальность работы. Алмазный рынок в целом является одной из преуспевающих сфер мировой экономики, в том числе и экономики России. Ежегодный спрос на бриллианты в мире в настоящее время оценивается в 11-12 млрд. долларов, что подтверждает существование реальных возможностей расширения их производства. Современная разработка месторождений алмазов АК «АЛРОСА» характеризуется применением нового высокопроизводительного и надежного оборудования, внедрением полностью автоматизированных процессов переработки, постоянным совершенствованием технологических схем, использованием новых процессов и аппаратов, соответствующих мировым стандартам.

Одной из нерешенных проблем при обогащении этих руд, в частности на фабрике № 14, является сокращение выхода гравитационных концентратов, поступающих в процесс доводки и соответственно снижение количества поврежденных алмазов в готовой продукции за счет уменьшения циркулирующих продуктов в схеме. Решение этого вопроса с применением перечистки гравитационных концентратов методом тяжелосредной сепарации (ТСС) позволит получить значительный экономический эффект, т.к. стоимость неповрежденных кристаллов при их реализации во много раз выше.

Цель работы. Разработка технологии и оценка эффективности тяжелосредной сепарации для перечистки гравитационных концентратов.

В работе решались следующие задачи:

1. Изучение возможности применения ТСС для перечистки концентратов отсадки и винтовых сепараторов соответственно крупностью -6+3 и -3+1 мм;

2. Уточнение существующей методики определения надежности и точности опробования алмазосодержащих продуктов при оценке эффективности ТСС;

3. Выбор оптимальных режимов работы установки ТСС с применением расчетной методики оценки определяющих параметров кривых Тромпа;

4. Обоснование необходимости удаления магнитной фракции из питания ТСС и разработка оптимального режима процесса магнитной сепарации;

5. Разработка и оценка эффективности технологической схемы обогащения гравитационных концентратов крупностью -6+1 мм фабрики № 14 Айхальского ГОКа.

Идея работы: Применение процесса тяжелосредной сепарации для перечистки гравитационных алмазосодержащих концентратов.

Научная новизна.

1. Разработана математическая модель оценки эффективности обогащения для процесса тяжелосредной сепарации по кривой Тромпа, позволяющая расчетным путем определять плотность разделения и вероятное отклонение.

2. Впервые предложена и идентифицирована по экспериментальным данным формула для определения плотности распределения кристаллов алмазов по крупности.

3. Впервые в практике обогащения алмазосодержащих руд выявлена возможность применения и освоена технология тяжелосредной сепарации для перечистки гравитационных алмазосодержащих концентратов.

Методы исследований. В работе использовался метод фракционного анализа продуктов с применением тяжелых жидкостей. Для оценки эффективности процесса ТСС применялись трассеры-имитаторы различного размера и различной плотности, в том числе и имитаторы алмазной фракции 3,43,56, а также алмазы, специально облученные в реакторах для изменения цвета с целью упрощения их выборки. Применялись математическое моделирование процесса, планирование и обработка результатов эксперимента.

Практическая значимость. На основании теоретических и экспериментальных исследований выявлена возможность и установлены оптимальные параметры процесса ТСС для перечистки гравитационных алмазосодержащих концентратов крупностью -6+1 мм. Разработана технологическая схема процесса перечистки указанных концентратов. Предложена уточненная формула для определения массы частной пробы при обогащении алмазосодержащих руд.

Реализация результатов работы. В результате внедрения предложенной технологии экономический эффект за период с 01.07.02 по 31.12.02 составил (в ценах 2002 г.) 600 тыс. руб.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались в научно-исследовательских институтах и на международных, всероссийских и региональных конференциях, в том числе: на Всероссийской научно-практической конференции «Гидроминеральные ресурсы восточной Сибири», г.Иркутск, 2001г. на международной научно-технической конференции «Плаксинские чтения», «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья», г.Чита, 2002 г, Читинский государственный технический университет.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 научных работ.

Объем и структура работы. Диссертационный материал содержит 132 страницы основного текста, два приложения. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Джура, Вадим Альбертович

выводы

1. Анализ литературных и патентных источников позволяет сделать вывод о возможности применения ТСС для перечистки гравитационных концентратов. Отсутствие опыта использования ТСС для данной операции обуславливает необходимость глубокого исследования и оценки эффективности процесса, а также разработки на этой основе оптимальных режимов работы ТСС.

В связи с решением сформулированных задач возникает необходимость уточнения методики определения надежной массы пробы для оценки извлечения алмазов. Для повышения достоверности оценок эффективности обогащения в процессе ТСС, необходима разработка математической модели, позволяющей расчетным путем находить определяющие параметры процесса;

2. Для решения задачи уточнения методики определения надежной массы пробы была предложена функция плотности распределения кристаллов алмазов по размерам, которая позволяет рассчитывать средний размер кристаллов алмазов в любом заданном классе крупности, это дает возможность достоверной расчетной оценки массы пробы;

3. В развитие методики оценки эффективности обогащения с помощью кривых Тромпа была предложена математическая модель с использованием интегральной функции Лапласа, которая позволяет расчетным путем определять плотность разделения и вероятное отклонение для кривых Тромпа в процессе ТСС;

4. Впервые разработана и внедрена схема обогащения гравитационных концентратов крупностью -6+1 мм, включающая тяжелосредное обогащение и предварительную магнитную сепарацию с использованием ЭБМ-90/60 исходного питания крупностью —3+1 мм. При этом содержание сильномагнитных минералов крупностью —3+1 мм в питании ТСС снизилось до 8,6-16,4 %, а в концентратах тяжелосредной установки, направляемых на доводочные рентгенолюминесцентные сепараторы с 32,8-70,3 до 28,7-46,9 %. Магнитная фракция удаляется в отвал, а немагнитная является питанием ТСС.

5. Выход концентрата ТСС находится в прямой зависимости от содержания минералов тяжелой фракции в исходном питании гидроциклона и составил 15,5-22,9%. Концентрат на 97,0-99,6% представлен тяжелой фракцией, извлечение которой составило 86,6-97,8%. На отсадочных машинах столь высокое извлечение может быть получено лишь при выходе 50-60%, т.е. при существенном его разубоживании.

6. Экономический эффект от использования процесса тяжелосредного обогащения для перечистки гравитационных концентратов крупностью -6+1 только при использовании в течение с 01.07.01 по 31.12.02 составил 600 тыс. руб.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Джура, Вадим Альбертович, Иркутск

1. Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения. -М.: Недра, 1980.-398 с.

2. Шохин В.Н. Новые теории и технологии обогащения руд в суспензиях. М.: Недра, 1977. 127 с.

3. Krasnov, G. D., Fil'Shin, J. I., Badeyev, J. S. and Bogdanovich, A. V. (1977). New Method of Increasing the Effectiveness of Mineral Processing in Heavy Density Media. 12th Inter. Miner. Proc. Cong. Sao Paulo, Paper 3-4, 24 pp.

4. Кулебякин H.M., Прокопенко A.B. Основные этапы создания и совершенствования технологии обогащения алмазосодержащих руд и песков.-М.:// Горный журнал, 2001 г. №5, с.49-52.

5. Кулебякин Н.М., Махрачев А.Ф., Коморников С.В., Амелин С.А. Обогащение алмазосодержащих кимберлитов трубки «Ботуобинская» в тяжелой суспензии // Добыча и переработка золото- и алмазосодержащего сырья. Иркутск, 2001, с.413-424.

6. Джура В.А., Кулебякин Н.М., Селезнева Н.И., Соловьева JI.C., Тестова И.Я., Федотов К.В. Обогащение алмазосодержащих кимберлитов в тяжелой суспензии. Иркутск // Обогащение руд. 2002, с.3-8.

7. Справочник по обогащению руд. Основные процессы.-М.: Недра, 1983.381 с.

8. Леонов С.Б., Белькова О.Н. Исследование полезных ископаемых на обогатимость: Учеб. пособие. — М.: Интермет Инжиниринг, 2001. -631 с.

9. Берт P.O. Технология гравитационного обогащения. М.:Недра, 1990.572с.

10. Козин В.З., Тихонов О.Н. Опробование, контроль и автоматизация обогатительных процессов. -М.: Недра, 1990. 343 с.

11. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии.- М.: Высшая школа, 1978.-319с.

12. Chaston I.R.M. (1973). Heavy Media Cyclon Plant Design and Practice or Diamond Recovery in Africa. 10th Inter. Miner. Proc. Cong. Inst. Min. and Metall; London 257-276 p.p.

13. Chaston I.R.M. and Napier Munn. T.J (1974). Design and Operation of Dense Medium Cyclone Plants for the Recovery of Diamonds in Africa. J. S. Afr. Inst. Min. and Metall. 74 Dec. 120-131 p.p.

14. Cohen E. H. and Isherwood R. J. (1960). Princeples of Dense Media Separation in cyclones. 10th Inter. Miner. Proc. Cong. London 1MM 573-591 p.p.

15. Valentir, L. and Patton, J. T. (1976). Rheological Properties of Heavy Media Suspensions Stabilised by Polyners and Bentonites. Trans. Am. Inst, of Min., Metall. And Petroleum Eng. 260, 113-118 p.p.

16. Гордиенко М.Г., Давыдов M.B. Модульные обогатительные установки.-М.: //Уголь, март 1994 г. с. 44-47.

17. Кулебякин Н.М. Основные этапы создания и совершенствования технологии обогащения алмазосодержащих руд // Анализ и переработка полезных ископаемых. Иркутск, 1998 г., с. 173-190.

18. Кириллин А.Д., Кириллин О.А., Кириллин Г.А. Мировой алмазный рынок. АК Алроса. -М.: 1999. -397 с.

19. Глембоцкая Т.В. Гравитационные методы обогащения полезных ископаемых: истоки, современное состояние. М.: Рос. Акад. Наук. Институт проблем комплексного освоения недр, 1998. -223 с.

20. Кулебякин Н.М., Селезнева Н.И., Прокопенко А.В. Совершенствование техники и технологии обогащение алмазосодержащих руд и песков на фабриках и драгах АК АЛРОСА. Иркутск: Отчет/Иргиредмет, 2001. 70с.

21. Федотов К.В., Миронов А.П., Джура В. А. Исследование статистических характеристик алмазосодержащих продуктов для определения надежности и оптимальной массы пробы // Материалы IV конгресса обогатителей стран СНГ. М.: Мисис, 2003. с.62.

22. Albreht М.С. Auswahl von Schwertrube Zyclonen // Aufbebrit.-Techn.-1993/-34 №2-c. 109.

23. Батунер Л.М., Позин M.E. Математические методы в химической технике. Л.: Издательство Химия, 1971.-824 с.

24. Бакли Г. Рост кристаллов.- М.: Иностр. лит., 1954, 406 с.

25. Безруков В.А., Безрукова Г.Н., Бутузов В.П. Морфология кристаллов алмаза, синтезированного в широком интервале температур и давлений / Зап. Всесоюзн. минералог, об-ва, 1966.-Ч. 95.- с.73-79.

26. Бетехтин А.Г. Минералогия,- М.: Изд-во геол. лит-ры. 1950. 950с.

27. Воробьев Ю.К. Закономерности роста и эволюции кристаллов минералов.- М.: Наука, 1990. 184 с.

28. Григорьев Д.П. Генерация и зарождение минералов.- Львов / Минерал, сб. Львовск. геол. об-ва, 1949, №3, с. 13-22.

29. Григорьев Д.П. Онтогения минералов.- Львов: Изд-во Львовск. ун-та, 1961. 284 с.

30. Григорьев Д.П. , Жабин А.Г. Онтогения минералов. Индивиды.-М.: Наука, 1975. 340 с.

31. Данилов В.И. Строение и кристаллизация жидкостей. -Киев. Изд-во АН УССР, 1956. 320 с.

32. Жабин А.Г. Онтогения минералов. Агрегаты.-М.: Наука, 1979,275 с.

33. Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация.-М.: Изд-во техн.-теорет. лит., 1953. 412 с.

34. Леммлейн Г.Г. Зарождение и рост кристаллов.- М.: Наука, 1969.72 с.

35. Пальянов Ю.Н. Хохряков А.Ф. Чепурнов А.И. Образование двойников прорастания синтетического алмаза / Зап. Всесоюзн. Минерал, об-ва 1983, ч. 112, вып. 3. с. 354-358.

36. Спицын Б.В. Рост кристаллов в условиях термодинамической метастабильности-Москва / Сб. «Рост кристаллов» , т. XIII, Наука. 201 с.

37. Стрикленд-Констэбл Р.Ф. Кинетика и механизм кристаллизации.-М.: Наука, 1972. 320 с.

38. Хонигман Рост и форма кристаллов — М.: Ин. лит-ра, 1961. 210 с.

39. Шубников А.В., Парвов В.Ф. Зарождение и рост кристаллов. М.: Наука , 1969, 72 с.

40. Чернов А.А., Гиваргизов Е.И., Багдасаров Х.С. и др. Современная кристаллография. Т. 3. Образование кристаллов. М.: Наука, 1980. (Раздел: Массовая кристаллизация, подраздел: Кинетика затвердевания и размер зерен, с. 216-220.

41. Джура В.А., Миронов А.П., Федотов К.В. Математическое обоснование величины надежной массы пробы для алмазосодержащих продуктов. Вестник ИрГТУ.- Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2002. с.59-65.

42. Кулебякин Н.М., Джура В.А. Оценка эффективности процесса тяжелосредного обогащения кимберлита в гидроциклоне/Юбогащение руд.-Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2001. с.135-139.

43. Дельмон Б. Кинематика гетерогенных реакций. М.: Мир, 1972.554 с.

44. Русецкая Т.Д., Миронов А.П. Термодинамическая модель мицелл ообразования в водных растворах ПАВ. Известия ВУЗов. Металлургия №1, 1984. с. 3-8.

45. Джура В.А., Кулебякин Н.М., Селезнева Н.И., Федотов К.В. Методика подготовки и регенерации суспензии//Гидроминеральные ресурсы Восточной Сибири. Сборник научных трудов. Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2001. с.135-139.

46. Штыров В.А. АК Алроса — состояние, стратегия и основные направления развития алмазодобычи и сопутствующих производств. М. Горный журнал, 2000, №6 с. 121-123.

47. Мельник Г.А., Лазутин Э.С., Костырин В.Ф. Состояние и перспективы развития Айхальского ГОКа.- М.// Горный журнал, 2000 г. №7, с.38-41.

48. Кизевальтер Б.В. Теоретические основы гравитационных процессов обогащения.-М.: Недра,1979. 320 с.

49. Кармазин В.И., Кармазин В.В. Магнитные методы обогащения.-М.: Недра, 1978.314с.

50. Тимоти Грин. Современный мир алмазов.-М.: Изд-во Прогресс, 1993. 334с.

51. Бадаев Ю.С., Гершман М.Д. Расчет скорости движения тел в структурированной суспензии. Обогащение руд, 1978, №2, с. 23-29.

52. Бадаев Ю.С., Гершман М.Д., Энгель Р.И. Показатели эффективности обогащения руд в тяжелых суспензиях. Обогащение руд, 1975, №4, с.9-13.

53. Бадаев Ю.С. Структурно механические свойства суспензий, применяемых в практике обогащения руд и влияние их на характер движения тел. - в кн. : Некоторые вопросы теории и технологии обогащения руд (Тр. Механобра, вып. 131), Л.: 1962.

54. Егоров B.JI. Магнитные , электрические и специальные методы обогащения руд. М.: Недра, 1977.

55. Егоров Н.Ф. Расчет производительности барабанных магнитных сепараторов.- Обогащение руд, 1969, №5, с. 18-20.

56. Ломовцев Л.А., Нестерова Н.А., Дробченко Л.А. Магнитное обогащение сильномагнитных руд. М.: Недра, 1979.

57. Томов Г.Г. Обогащение руд в тяжелых жидкостях. М.: Наука, 1968.-70 с.

58. Барский Л.А., Козин В.З. Системный анализ в обогащении полезных ископаемых. М.: Недра, 1978.-486 с.

59. Бергер Г.С., Орел М.А., Попов Е.Л. Полупромышленные испытания руд на обогатимость. — М.: Недра, 1984.-230 с.

60. Берлинский А.И. Разделение минералов. М.: Недра, 1975.-174 с.

61. Испытание обогатимости руд в тяжелых суспензиях. Методические рекомендации НСОМТИ. М.: Мингео СССР. ВИМС, 1985. -31 с.

62. Козин В.З. Экспериментальное моделирование и оптимизация процессов обогащения полезных ископаемых. М.: Недра, 1984. - 112 с.

63. Коткин A.M., Ямпольский М.Н., Геращенко К.Д. Оценка обогатимости угля и эффективности процессов обогащения. М.: Недра, 1982.-200 с.

64. Маланьин М.И., Крупенина А.П., Прокопчук Б.И. Методы отбора и обработки проб при поисках месторождений алмазов. М.: Недра, 1984.359 с.

65. Митрофанов С.И., Барский Л.А., Самыгин В.Д. Исследование полезных ископаемых на обогатимость. М.: Недра, 1974. - 352 с.

66. Рациональное применение гравитационных процессов и аппаратов при испытаниях обогатимости полезных ископаемых: Методические рекомендации НСОМТИ.-М.: Мингео СССР. ВИМС, 1983. -29 с.

67. Технологическая оценка минерального сырья. Методы исследования: Справочник / Под. ред. П.Е. Остапенко. М.: Недра, 1990. -264 с.

68. Технологическая оценка минерального сырья. Опробование месторождений. Характеристика сырья: Справочник / Под. ред. П.Е. Остапенко. М.: Недра, 1990.-272 с.

69. Фоменко Т.Г., Бутовецкий B.C., Погарцева Е.М. Исследование углей на обогатимость.- М.: Недра, 1978.-262 с.

70. Мязин В.П., Наркелян Л.Ф., Трубачев А.И. К проблеме геолого-технического изучения руд и критериев их обогатимости // Обогащение руд.-Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2002.-е. 150-155.

71. Anon (1983). Diamonds. Min. Ann. Review. 119-120.

72. Chadwic, J.R. (1983). Jwaneng and Botswana: at heining of diamond production. World Min. Jan. 64-68 p.p.

73. Hoppe, R (1980). Diamonds from the Kalahari. Eng. And Min. J. May 64-69 p.p.

74. Munro, P.D., Schache, I.S., Park, W.G. and Watsford, R.M.S. (1982).

75. The Design, Construction and Commissioning of a Heavy Medium Plant forfh

76. Silver-Lead-Zinc ore treatment-Mount Isa Mines Ltd. 14 Inter. Miner. Proc. Cong. Toronto CIM Paper VI-620 p.p.

77. Колмогоров A.H. Теория вероятностей и математическая статистика.- М.: Наука, 1986.-534 с.

78. Смирнов Н.В. Теория вероятностей и математическая статистика. Избр. Труды.-М.: Наука, 1970.-290 с.

79. Тернер Д. Вероятность, статистика и исследование операций.-М.: Статистика, 1976.-431 с.

80. Кендалл М., Моран П. Геометрические вероятности.-М.: Наука,1972.-192 с.

81. Яглом A.M., Яглом И.М. Вероятность и информация.-М.: Наука,1973.-511 с.

82. Платонов М.Л. Приложение комбинаторных чисел в теории вероятностей.-Иркутск, Изд-во Иркутского Ун-та, 1982.-112 с.

83. Судаков В.Н. Проблемы теории вероятностных распределений.-Л.: Наука. Ленинградское отделение, 1972.-174 с.

84. Шалыгин А.С. Оценка законов распределения вероятностей стационарных процессов.-Л.: ЛМИ, 1981.-86 с.

85. Тэнфорд Ч. Термодинамика мицеллообразования простых дифильных веществ в водных растворах.-В кн.: Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии.-М.: Мир, 1980.- с. 88-101.

86. Рукенштейн Э., Нагаражьян Р. Термодинамика образования мицелл и везикул дифильными соединениями.-В кн.: Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии.-М.: Мир, 1980. -с. 102-117.

87. Мукерджи П., Кардинал Дж. Р., Десаи Н.Р. Природа локального микроокружения в водных мицеллярных системах.-В кн.: Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии.-М.: Мир, 1980.- с. 142-162.

88. Хенгартнер В., Теодореску Р. Функции концентрации.-М.: Наука, 1980.-173 с.

89. Большаков И.А., Ракошиц B.C. Прикладная теория случайных потоков.-М.: Сов. радио, 1978.-248 с.

90. Власов А.А. Статистические функции распределения.-М.: Наука, 1966.-356 с.

91. Дмитриев Ю.Т., Устинов Ю.К. Статистическое оценивание распределений вероятностей с использованием дополнительной информации.-Томск.: Изд-во Том. ун-та, 1988.-194 с.

92. Золоторев В.М. Одномерные устойчивые распределения.-М.: Наука, 1983.-304 с.1. При лосенке iop Айхальского ГОКа С.Ф. Пономарев2003г.1. АКТвнедрения на фабрике №14 технологического режима тяжелосредной сепарации

93. При проведении испытаний изменялись следующие параметры:плотность рабочей суспензии от 2,4 до 2,7 г/см3;- размер песковой насадки от 70мм до 90мм.

94. Извлечение алмазов в продукты обогащения оценивали по распределению трассеров различной плотности (кривым Тромпа) и извлечению минералов тяжелой фракции.

95. В результате испытаний разработан и внедрен в практику оптимальный технологический режим работы установки тяжелосредной сепарации:- плотность рабочей суспензии 2,5±0,05г/см3;- оптимальный размер песковой насадки — 90мм.

96. При производительности одного модуля до 100 т/ч, выходе концентрата соответствующем содержанию минералов тяжелой фракции в питании установки (6-27%), извлечение минералов тяжелой фракции составило более 95%, что соответствует извлечению алмазов 99%.

97. Зам. директора по экономике Главный обогатитель Начальник ОТК Начальник фабрики №141. От института «Иргиредмет»1. СтаршЙЙ Научный сОТрудни

98. В.П.Ознобихин В .М .Кантемиров Г.А. Кучиева В.А. Джура1. Н.И.Селезцева