Теоретические основы экологизации и ресурсосбережения при освоении труднообогатимых россыпей золота

Бойко, Валентин Федорович

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Теоретические основы экологизации и ресурсосбережения при освоении труднообогатимых россыпей золота
ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Теоретические основы экологизации и ресурсосбережения при освоении труднообогатимых россыпей золота"

РГ6 од

г СиН

На правах рукописи

БОЙКО Валентин Федорович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЗАЦИИ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ ОСВОЕНИИ ТРУДНООБОГАТИМЫХ РОССЫПЕЙ ЗОЛОТА

Специальности: 11.00.11 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»; 05.15.11 «Физические процессы горного производства».

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Владивосток, 1998 г.

Работа выполнена в Институте горного дела Дальневосточного отделения Российской Академии наук

Мамаев Юрий Алексеевич, Крупская Людмила Тимофеевна

Кавтаськин Андрей Андреевич Брагин Павел Алексеевич ВАН-ВАН-Е Анатолий Петрович

ОАО Восточный НИИ золота и редких металлов

Защита состоится с/ст-л^р^ 1998 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 064.01.02. по адресу: 690600, г. Владивосток, ул. Пушкинская, 10, ДВГТУ, ауд. Г—134.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДВГТУ. Реферат разослан "с/ "¿¿-¿/т^^у 1998 г.

Научные консультанты:

доктор техн. наук доктор биол. наук

Официальные оппоненты:

доктор техн. наук, профессор доктор техн. наук, профессор доктор г.-м. наук

Ведущая организация

Ученый секретарь диссертационного совета О.А.Шереметинский

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Процесс гидроподготовки труд-нообогатимых металлосодержащих песков, как составная часть современного технологически эффективного и экологически безопасного производства добычи ценных компонентов россыпей, не может существовать без развитой научной базы, основанной на достижениях гидромеханики, математической статистики, коллоидной химии, гранулометрии геоматериалов и т.д. Только при наличии указанной базы может быть сделана оценка экономической эффективности этого процесса с учетом ущерба, наносимого водным и земельным ресурсам, начиная с проектирования систем гидроминералозабора, транспорта, классификации, восстановления техногенного ландшафта, осадительных машин, аппаратов и кончая непосредственно извлечением ценных компонентов.

Сложность и многообразие физических явлений, сопровождающих процессы гравитационного обогащения труд-нообогатимых металлосодержащих песков, создают" трудности, но они могут решаться с помощью теорий, опирающихся на эксперимент и корректные математические преобразования .

Вовлечение в хозяйственный оборот россыпных месторождений с большим содержанием глин, представляющих природно-техногенные дисперсные системы, характеризующиеся развитой удельной поверхностью, вызывает необходимость пересмотра норм ПДК в воде слива из прудов отстойников .

Для оценки ущерба, наносимого водным.ресурсам, в исследованиях необходим акцент на углубление представлений о вещественном составе металлосодержащих минеральных систем, исследование физических характеристик совокупности частиц: пористость, просветность, радиус пор и упаковка, т.к. последние определяют условия мине-ралоподготовки и кондиционирования оборотных вод, оптимальной укладки отработанной горной массы.

Итак, решение вопросов экологизации и ресурсосбережения прямо зависит от наличия теоретической базы совершенствования процессов гидроминералоподготовки

Диссертация выполнена в соответствии с проблемой Российской Академии наук 12.9 на 1991-2000 гг. «Разработка месторождений и обогащение полезных ископаемых». №№ Государственной регистрации НИР: 01870076608, 01810038371, 01828032138.

Целью работы является создание научных основ процессов подготовки и первичной переработки минерального

сырья для нетрадиционных технологий добычи благородных металлов из труднообогатимых песков, обеспечивающих экологизацию и ресурсосбережение при производстве горных работ.

Основные задачи исследований:

1. Создать методику классификации и обобщения экспериментальных гистограмм аллювийных отложений россыпей ДВР.

2. Обосновать критерии оценки трудоемкости обогащения металлосодержащих песков и очистки сточных вод.

3. Разработать концепцию процессов миграции и концентрации твердых частиц на ложе взвесенесущего потока на основе теории турбулентности.

4. Обосновать качественные и количественные связи между параметрами взвесенесущих потоков их дезинтегрирующей и диспергирующей способностью.

5.Создать теоретическую модель процесса отсадки машинами ОМТ и инженерный метод расчета технологических параметров эрлифтного гидроминералозабора, отвечающие оптимальным условиям процессов.

Идея работы заключается в том, что создание научных основ совершенствования процессов минералоподготов-ки и кондиционирования оборотных вод достигается путём углубления представлений о вещественных характеристиках гидратированного аллювия и физических процессах, протекающих в системе "ресурс - технология".

Практическая ценность работы заключается в создании новых методов расчета, обеспечивающих решение широкого круга задач, возникающих при проектировании оборудования минералоподготовки и систем снижения вредных выбросов.

Достоверность научных положений и рекомендаций обеспечивается применением современных методов теоретического анализа, объединяющего эксперимент и корректные математические преобразования.

Объекты исследований. Объектами исследований явились осадочные породы аллювиальных россыпей, а также процессы гидротранспорта, намыва ценных компонентов на ложе потока и улавливания вредных примесей.

Методы исследований. В качестве основных методов исследований вещественного состава минеральных объектов использовались методы коллоидной химии и математической статистики.

Изучение процессов осаждения и улавливания твердых частиц осуществлялось методом Лагранжа и методом Эйлера. Кроме экспериментальных методов исследований использовался метод численного моделирования на ЭВМ ЕС.

Научная новизна. Впервые в целях классификации гистограмм природно-техногенных дисперсных систем, на

примере золота и вмещающих золото пород предложено понятие безразмерной крупности частиц.

В результате регрессионной обработки банка гистограмм обобщены и систематизированы гранулометрические характеристики продуктов переработки аллювия.

Показано, что гранулометрические характеристики золота зависят от протяженности россыпей. Получены количественные выражения закона распределения порошка золота для оголовка россыпи, ее концевой и промежуточных частей.

Предложены критерии оценки обогатимости песков содержащих драгоценные минералы - степень загрязнения сростка примесью и коэффициент удельной поверхности свободнодисперсной системы.

Установлены количественные связи между средними параметрами взвесенесущих потоков и их дезинтегрирующей и диспергирующей способностью.

Предложены понятия первой и второй критических скоростей взвесенесущих потоков и доказано, что концепция гидравлической крупности не приемлема при расчете параметров процесса обогащения песков на шлюзах, процессов миграции и концентрации вредных частиц во впадинах природного ландшафта.

Впервые для условий Дальнего Востока обоснована необходимость создания, в процессе проведения рекультивации в местах открытых работ, резерватов для привлечения животного населения и пылевых ловушек, за счет распределения по поверхности почвы крупнообломочного материала .

Сформулирована замкнутая система уравнений расчета конструктивных и эксплуатационных параметров машин ОМТ.

Предложены дифференциальные уравнения квазигидростатики, математическая модель декрипитации, инженерная методика расчета эрлифтного гидроминералозабора.

Для очистки оборотной воды от взвесей и нефтепродуктов разработана новая конструкция намывного фильтра и новая технология гидрофобизации порошка перлита силиконовым маслом.

Защищаемые положения.

1. Ресурсосбережение и экологические нормы могут быть обеспечены совершенными процессами и новыми технологиями, основанными на знании удельной поверхности дисперсных систем, которая определяет обогатимость метал-лосодержащих песков, кондиционирование оборотных вод и характеризует реакционную способность вредных гидрати-рованных примесей.

2. Применительно к процессам минералоподготовки, запы-ления суши и водоемов концепция двух критических ско-

ростей взвесенесущих потоков, в отличие от концепции критической скорости, является исчерпывающей и в качестве составного элемента содержит концепцию гидравлической крупности. 3. Управление системой "ресурс - технология" достигается при наличии таких средств, как полуэмпирические модели дезинтеграции, декрипитации, квазигидростатики сорбента, отсадки и эрлифтного гидроминералозабора.

Реализация исследований. Замкнутая система уравнений отсадки рекомендована как методическое руководство по моделированию процессов отсадки на ЭВМ с целью выявления поведения конструктивных и эксплуатационных параметров в зависимости от степени загрязнения самородного золота различными примесями.

Установленные качественно-количественные характеристики дезинтегрирующей способности взвесенесущих потоков позволяют составить прогноз подготовки к обогащению россыпного минерального сырья при его разработке и доставке к шлюзовым аппаратам и отсадочным машинам, попутно решить. вопрос снижения негативного воздействия слива оборотной воды прудов отстойников на окружающую среду.

Результаты регрессионной обработки банка гранулометрических характеристик золота аллювиальных россыпей ДВР могут быть использованы в процессе геологической разведки источников золоторудной формации, оценки промышленных запасов золота техногенных россыпей, без геологической разведки, и создания технологических схем обогащения при локальной отработке россыпей.

Разработанная методика инженерного расчета работы эрлифтных установок в оптимальных условиях рекомендуется для практического использования при дражной разработке высокоглинистых глубокозалегающих россыпей.

Основные результаты исследований реализованы при разработке отсадочных машин ОМТ-11-800 ИГД ДВО АН СССР и установки для обогащения хвостов промприбора ПГШ-11-50 Херпучинского прииска, линии подачи гидросмеси на склад АООТ "Хабаровский завод силикатного кирпича", включены в учебный процесс Дальневосточной Государственной академии путей сообщения, Хабаровского Государственного технического университета, используются в научно-исследовательских работах Института материаловедения ДВО РАН.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на зональном семинаре Всесоюзной межотраслевой секции гидромеханизации при ЦП НТГО "Опыт производства земляных, горных и дноуглубительных работ способом гидромеханизации в Сибири" (1973), семинаре Управления отраслевого машиностроения, Специального конструкторского бюро горно-обогатительного оборудования ЦНИИЦветмет экономики и информации "Разработка нового и совершенствование серийно выпускаемого гравитационного оборудования (1989); на III Региональной научно-практической конференции "Пути улучшения работы сооружений водоснабжения и водоотведения Дальнего Востока" (1989); на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ХабПИ (1970... 1981); на ежегодных семинарах и научно-технических советах ИГД ДВО РАН (1984...1998) .

Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты исследований, которые автор выполнил непосредственно сам, в том числе:

- анализ современного состояния проблемы;

- идея и направленность работы, постановка задач исследования, методология их решения;

- формирование и обобщение банка данных экспериментальных и натурных исследований;

- формулировка основных закономерностей процессов гидроминералоподготовки, обоснование- критериев, концепций, физических и математических моделей;

- участие в проектировании и разработке рекомендаций по использованию машины ОМТ-11-800, промпри-бора ПГШ-11-50 и линии подачи гидросмеси на склад АООТ "Хабаровский завод силикатного кирпича"

В проведении исследований принимали участие аспиранты и соискатели А.Г.Косяченко, В.Н.Кислицин, И.А.Яцык, Н.М.Улыбышева, В.Н.Лопатин, И.В.Ворожцов.

Особую признательность автор выражает члену-корреспонденту АН Кыргызстана, д.т.н.,- профессору Г.В.Секисову, члену-корреспонденту РАН А.П.Сорокину, ц.т.н., профессору А.В.Жукову, д.т.н. А.А.Ковалеву, ц.б.н. Л.Т.Крупской, д.т.н. Ю.А.Мамаеву, за помощь в лроведении исследований и ценные советы при работе над диссертацией.

Публикации. Материалы, положенные в основу диссертационной работы, опубликованы в 40 статьях, сдепониро-ваны в 12 рукописях, по ним получено три патента и издано учебное пособие "Техногенные дисперсные системы и охрана окружающей среды".

Структура и объем работы. Работа изложена на 218 страницах машинописи. Содержит 48 рисунков, 18 таблиц. Список литературы насчитывает 186 названий. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан анализ состояния проблемы экологически безопасного формирования гидроминеральных объектов. Показано, что наиболее крупным в Российской Федерации золотодобывающим районом является Дальневосточный .

Добыча золота в целом по России и в Дальневосточном районе за 1991-1995г. несколько снизилась и перераспределилась, причем рудная добыча осталась без изменения. Значительно снизились масштабы дражного и подземного способов разработки.

Качественная характеристика запасов россыпных месторождений резко ухудшается. В настоящее время широко вовлекаются в эксплуатацию россыпи с большим содержанием глин и значительно меньшими, по сравнению со средними, содержаниями золота. Богатые месторождения, как правило, расположены в труднодоступных районах и требуют значительных средств на подготовку к их освоению. Кроме того, разработка новых месторождений приводит к нарушению природного ландшафта и другим видам негативного воздействия на природную среду. В этой ситуации существенно возрастает роль техногенных аллювиальных россыпей, как одного из главных резервов россыпной золотодобычи .

Выполненные сотрудниками лаборатории открытой разработки ИГД ДВО РАН исследования вскрывают основные особенности техногенных россыпей:

1. В техногенных россыпях преобладает золото крупностью <3 £ 0,25мм.

2. Золото в сростках и связное золото во многих случаях превышает долю свободного золота.

3. В продуктивной горной массе техногенных россыпей имеется значительное количество глинистых минералов и минералов тяжелых фракций шлихов.

4. Пески характеризуются относительно низким содержанием золота.

Эти особенности создают неблагоприятные условия промывки, требуют пересмотра ПДК взвесей в водах слива прудов отстойников и могут быть преодолены с помощью совершенных гидрофизических процессов.

По прогнозам ИГД ДВО РАН доля добычи золота из техногенных россыпей в Дальневосточном регионе России от общего объема к 2000 г. составит 15-25% , а к 2005г., возрастет до 35-45% от общей добычи. При этом, затраты на добычу единицы продукции будут значительно ниже, чем при разработке природных россыпей в удаленных районах с отсутствующей инфраструктурой.

Проблема рационального использования природных ресурсов и охрана окружающей среды выдвигается на одно из первых мест в дальнейшем развитии отечественной горной науки. Различными аспектами этой проблемы занимались крупные отечественные ученые: академики В.И.Вернадский, Н.В.Мельников, М.И.Агошков, Б.Н.Ласкорин,К.Н.Трубецкой, В.В.Ржевский, В.А.Чантурия, H.A.Шило, чл.-кор. РАН

B.Л.Яковлев, профессора С.М.Шорохов, В.Г.Лешков, А.И.Арсентьев, В.С.Хохряков, В.И.Короткое, А.В.Жуков,

A.А.Кавтаськин, Ю.В.Шувалов, Г.В.Секисов, В.Н.Небера,

C.В.Потемкин, В.Ф.Хныкин, В.А.Галкин, В.И.Емельянов,

B.П.Дрободенко, В.Н.Уманец, Р.Г.Совенко, В.П.Мязин, М.В.Костромин, д.б.н. Л.Т.Крупская, д.т.н. Ю.А.Мамаев, д.т.н. А.А.Ковалев и др.

Вторично-третичный характер техногенных россыпей обуславливает необходимость применения эффективных технологических решений на выемке, переработке продуктивной горной массы и извлечении золота. Следует отметить, что научных публикаций по созданию и практическому применению рациональных технологий при вторично-третичной отработке россыпных месторождений крайне недостаточно.

Нарушенные цементационные связи пород, слагающих техногенные россыпи, позволяют обеспечить непрерывность (поточность) процесса выемки горной массы применением аппаратов высокой производительности и активного действия. Наиболее эффективным при этом является гидравличе-

ский способ разработки, т.е. с помощью напорных струй, землесосов, эжекторов и эрлифтов.

Вопросам гидромеханизации при выемке и переработке горных пород посвящены исследования отечественных ученых (В.Д.Журин, К.А.Черноскутов, А.П.Юфин, Б.А.Волнин, В.К.Тарасов, В.С.Эристов, Н.А.Силин, А.Е.Смолдырев,

B.С.Уколов, Г.Т.Сазонов, Ф.М.Долгачев, Г.А.Нурок,

C.М.Морохов, Д.П.Лобанов, В.Ф.Хныкин, С.В.Потемкин, Г.Н.Лезгинцев, В.П.Дробаденко, Д.В.Рощупкин, И.Н.Сташевский).

Трудами известных ученых в области гидромеханизации горных работ, гравитационного обогащения предложены: концепция гидравлической крупности и критерий равнопа-дываемости, разработаны модели отсадки и модели многокомпонентных потоков. Достигнуты успехи в области турбулентности. Они изложены в трудах отечественных и зарубежных ученых. Имеются публикации результатов исследований вещественного состава минеральных объектов. В достаточном числе работ приводятся результаты гранулометрического и морфологического анализа систем дисперсных материалов.

Коротко говоря, заложена теоретическая основа эко-лого-безопасного формирования гидроминеральных объектов. Однако, не всегда указанная основа находит правильную интерпретацию при выборе конкретных гидрофизических процессов и технологических решений. Так, например, при назначении предельно допустимых концентраций загрязнений сточных вод не учитываются величины удельных поверхностей систем дисперсных частиц, в то время как удельная поверхность определяет скорость физико-химических реакций на границе раздела фаз (вода - техногенная дисперсная система). Хорошо зарекомендовавшая себя для случая отсадки или эрлифтного гидроминералоза-бора, концепция гидравлической крупности является несостоятельной при обогащении на шлюзах - намыв металла происходит в условиях, когда часть частиц движется волоком и скачками. Следовательно, состояние изученности этого вопроса является неудовлетворительным, а исследования должны быть направлены на определение области применения концепции гидравлической крупности и формирование новой более емкой - системной концепции, включающей указанную.

Работы по совершенствованию гидрофизических процессов минералоподготовки и первичной переработки золотосодержащих песков проводят институты: ИПКОН, МГРИ, МИ-СиС, МГИ, ЛГИ, Механобр, ВНИПигорцветмет, ЦНИГРИ, Глин-цветмет, ИРГИредмет, ВНИИ-1, Северо-Кавказский ГМИ, ДВГТУ, ЧиПИ. Разработаны новые технологии и аппараты, которые проходят промышленные испытания, но несмотря на

это, проблема извлечения "трудного" золота и защиты гидросферы от техногенных стоков пока не решена.

Проблемными до сих пор являются процессы отсадки. П.А.Брагиным разработана теория и созданы совершенные отсадочные машины для извлечения крупнозернистого материала. В то же время, по мнению Г.Г.Кузнецова, не существует теории, отвечающей корректному описанию процесса отсадки. А существующие имеют недостатки прежде всего в том, что часть физических параметров процесса в.теоретических разработках принимается из практических соображений .

В настоящее время недостаточно изученным является вопрос о дезинтегрировании зерен ценного компонента в процессе выемки и гидротранспортирования минерального сырья к обогатительным установкам. Опыт практики, и последние достижения в области турбулентности показывают, что вопрос о дезинтегрирующей способности взвесенесущих потоков может быть решен теоретически, что создаст предпосылки его оптимизации.

Не решен вопрос теоретического определения удельной поверхностной энергии, без чего невозможно сформулировать вопрос оценки эффективности процесса измельчения, совершенства процессов кондиционирования оборотных вод. Отсутствует теория декрипитации.

Таким образом, приведенный анализ состояния экологически безопасного формирования гидроминеральных объектов позволил определить направление исследований -создание нетрадиционных экологически безопасных технологий минералоподготовки.

Во второй главе приведена характеристика ыеталлосо-держащих песков, как свободнодисперсных систем, и изложены результаты исследований вещественного состава аллювиальных отложений россыпей ДВР. Описана авторская методика обработки гранулометрических характеристик и теоретическая модель определения удельной поверхности полидисперсных систем. Показано, что наряду со степенью дисперсности

где с? - размер частицы, для аллювиальных отложений должна применяться такая характеристика, как удельная поверхность - ¿>ул, так как удельная поверхность определяет обогатимость металлосодержащих песков, потери металла и уровень загрязнения оборотных вод.

Для описания распределения объемов свободнодисперс-ных геоматериалов наиболее удобным оказывается универсальный закон распределения Н.Я.Авдеева, С.А.Батугина

У(г) = агА/ехр(сИ)/

где У(г1 - нормированная функция плотности распределения объемов частиц по размерам; г - размер частиц; а, Ъ, с, <3 - постоянные, определяемые по результатам ситового или седиментометрического дисперсного анализа.

Применительно к настоящим исследованиям предлагается вместо размера частиц использовать понятие безразмерной величины частицы дисперсного материала - г, назначив ее максимальное значение - 11, а именно,

Уд = агь /ехр(с^),

где г е (0, 11] .

Исследования свойств универсального закона распределения позволили разработать методику определения постоянных - а, Ь, с, с? и теь*- самым обеспечить возможность получения инженерного выражения закона распределения для любого массива экспериментальных гистограмм аллювиальных отложений и свободнодисперсных систем как таковых.

Статистический анализ банка ситовых характеристик золота и вмещающих пород россыпей ДВР доктора геолого-минералогических наук, член-корреспондента РАН А.П.Сорокина и инженера В.Д.Глотова, выполненный по вышеприведенной методике, показал, что гистограммы продуктов классификации аллювия обобщаются (табл.1).

Законы распределения продуктов классификации аллювия (табл. 1) нашли применение для обоснования технологий производства горных' работ и рекультивации нарушенных земель.

Локализация законов распределения золота россыпей создает предпосылки усовершенствования методик геологоразведки, технологий отработку россыпей и конструирования промывочных установок.

При анализе гистограмм золота Верхнего Приамурья обнаруживается существенное различие в максимальных, модальных размерах золотин и характера изменения содержания частиц различной крупности. Указанное различие объясняется сложностью природно-климатических условий, сопровождающих процесс формирования золотого осадка.

Таблица 1

Результаты статистической обработки ситовых характеристик аллювия россыпей Верхнего Приамурья.

Объ-

Название Уклон Число ем К-т

№ геоматериалов плотика объектов выборки а b с d кор-рел.

>0,00 0,71 0,28 0,40 1,6 0,89

1 АЛЛЮВИЙ 5 ¿0,00 160 34 1191 353 6 0,75 9 0,26 6 0,36 7 1,9 7 0, 93

5 2 0 7 3 2

2 АЛЛЮВИЙ БЕЗ ВАЛУНОВ >0, 00 5 30 582 0, 65 9 0,32 1 0,42 6 1,4 9 0,84 1

¿0,00 5 8 194 0, 68 4 0,30 9 0,41 9 1,5 5 0,87 1

>0,00 0,55 0,38 0,44 1,2 0,86

3 ГРАВИЙ 5 111 436 0 5 4 6 8

ПЕСОК ¿0,00 21 102 0, 60 0,37 0,43 1,3 0,88

5 5 2 7 6 1

>0,00 5 ¿0,00 5 8 43 0,46 0,42 0,48 1,0 0, 66

4 ПЕСОК б 9 3 8 0

5 ГРАВИЙ ГАЛЯ С ВАЛУНАМИ >0,00 5 ¿0,00 5 114 22 696 149 0,59 7 0,69 5 0,38 1 0,33 5 0,45 3 0,43 8 1,3 1 1,5 3 0,85 8 0,87 3

6 ГРАВИЙ ГАЛЯ >0,00 5 ¿0,00 5 17 271 0,56 5 0,42 6 0,48 0 1,2 1 0,75 2

ГАЛЯ с >0,00 0,51 0,43 0,50 1,1 0,84

7 5 28 811 5 9 0 2 9

ВАЛУНАМИ ¿0,00 5 5 169 0,54 8 0,41 1 0,48 0 1,1 9 0,90 5

>0,00 0,29 0, 65 0,59 0,8 0, 60

8 ГАЛЯ 5 11 203 9 6 • б 10 3

¿0,00 5 50 0,34 0, 63 0,57 0,8 0,77

5 9 5 8 80 5

В результате регрессионной обработки массива ситовых характеристик золота россыпей Верхнего Приамурья получено интегральное выражение закона распределения золотого порошка от крупности частиц

У _ . Q,267Z0'900 л ехр^зззг1'25)'

где Yr - нормированная функция плотности распределения золота; 2 е (0,11] - безразмерная крупность частиц.

Это выражение может быть использовано для технических расчетов, т.к. в настоящее время практика отработки россыпей такова, что золото, поступающее на промывочные устройства, оказывается усредненным - перемешанным по длине россыпи фактически унифицированной добывающей техникой.

Анализ гистограмм золота с учетом планов россыпей -расположения линий взятия проб по отношению к низинам, присоединенным к основному телу россыпи, позволил сделать вывод о том, что гистограммы золота локализуются в' зависимости от протяженности россыпи (табл.2, рис.1). При этом за начало отсчета" протяженности считается место, где к главному водотоку присоединяется водоток, отличающийся от главного бурностью течения и являющийся источником ценного материала.

Показано, что при постоянном верхнем размере частиц дисперсного материала, материал, отвечающий "крутому" закону распределения имеет большую удельную поверхностную энергию, чем материал, отвечающий "пологому" закону распределения частиц, следовательно, в зависимости от протяженности россыпи изменяется закон распределения ценного' материала, осаждающегося на ложе потока.

За критериальное уравнение локализации гистограмм выбрано дифференциальное уравнение Гиббса

dE = crdS,

где Е - удельная поверхностная энергия; ст - коэффициент поверхностного натяжения; S - удельная поверхность совокупности золотых частиц.

Удельная поверхность свободнодисперсных материалов-находится по формуле автора

S = 5,5Kp^,

dcp

где Кр - коэффициент удельной поверхности, определяемый выражением закона распределения (табл.2); - коэффициент, определяемый формой частиц (табл.3); dcp - среднеарифметическое значение диаметра частиц; ф - отношение наименьшего размера частиц к их наибольшему размеру.

Указанная формула является первым приближением аналитического определения удельной поверхности свободно-дисперсных материалов, однако, с учетом площади поверх-

ности открытых пор частиц дает более точное - второе приближение.

Таблица 2

Результаты статистической обработки ситовых характеристик золота россыпей Верхнего Приамурья.

№ Объем выбор ки Протяженное ть россыпи в км а Ь с <3 Коэф. коррел. Кр

1 598 0 0,2 0,9 0,3 1,1 0,687 0,5

2 557 1 0,3 0,9 0,3 1,3 0,732 0,6

3 472 2 0,3 0,9 0,2 1,5 0,747 0,6

4 189 3 0,4 1,0 0,2 1,8 0,809 0,7

5 195 5 0,4 1,0 0,2 1,9 0,814 0,7

6 90 9 0,5 1,1 0,2 2,1 0,842 0,8

Таблица 3

Значения величин коэффициента формы.

Форма частиц Шар Ку б Полу-куб Полушарие Пластина Круглая проволока Квадратная проволока

Кф 6 б 8 9 2/ф 4/ф 4/ф

На рис.1 нижняя кривая отвечает головной части, а верхняя- хвостовой части россыпи. В промежутке снизу вверх располагаются кривые, соответствующие протяженности: 1, 2, 3 и 5 км.

Полученная сетка законов распределения дисперсного золота может быть использована при создании локальных систем промывки, учитывающих изменение по длине россыпи вещественного состава обогащаемого материала.

Кроме того, указанная сетка является шаблоном, с помощью которого можно установить дополнительные источники ценного материала, расположенного в боковых притоках.

Методика обработки гистограмм и математическая модель определения удельной поверхности свободнодисперс-ных систем показаны на примере продуктов переработки аллювия, использованы для 'оценки грансостава взвесей, загрязняющих атмосферу и гидросферу и рекомендуются в качестве базы математического обеспечения работ, связанных с пересмотром норм ПДК загрязнений вод слива прудов отстойников, т.е. для решения вопросов охраны окружающей среды.

В третьей главе излагаются основы теории связнодис-персных минералов и дана интерпретация процесса разупрочнения окатышей высокоглинистых пород при разработке глубокозалегающих погребенных россыпей.

Показано, что кроме характеристик вещественного состава аллювиальных отложений, приведенных во второй главе, заслуживает внимание такая характеристика, как упаковка частиц, образующих связно дисперсную систему.

В научно-технической литературе описано немало видов упаковок, но все они касаются частиц близких по форме к сферическим.

см о

0123456789 10

Рис. 1. Функции плотности распределения объемов золота в зависимости от протяженности россыпи.

Условные обозначения: 1 - головная часть россыпи, протяженность - 0 км; б - хвостовая часть россыпи, протяженность -9 км.

Сферические частицы отличаются плотной упаковкой, что не характерно для частиц пластинчатой формы, характерных для глин.

Математический анализ идеализированной картины упаковки пластинчатых частиц приводит к выражению

<¿ = 1,5П,

где сI - диаметр пор; О - наибольший диаметр пластинчатой частицы.

Выражение для диаметра пор несет важную смысловую нагрузку, так как меняет представление об обводнении окатышей глины при дражной отработке глубокозалегающих россыпей и использовано при аналитическом исследовании факторов, влияющих на процесс диспергирования термообработкой (ТО) .

Математическая модель ТО, устанавливающая связь между основными параметрами процесса и физическими свойствами минерала с достаточно жестким каркасом получена с помощью основных положений гидромеханики и некоторых допущений.

Исследования показали, что для трех распространенных форм дисперсности справедливы выражения:

3 ^

Ь = Ш; П = —~~П, 2л гг

где Ь - длина поры; к - коэффициент; Д - радиус вектор; л - число пор; F - площадь миделевого сечения; г - радиус поры; П - пористость дисперсоида.

За основу математической модели процесса разупрочнения минералов принята концепция Н.Е.Жуковского о "кажущемся" модуле упругости системы. Но если в теории Н.Е.Жуковского источником энергии деформации служит количество движения жидкости, то в случае ТО упругая энергия является результатом термического расширения дисперсной фазы, независимо от ее агрегатного состояния. Изменение агрегатного состояния вкраплений или проявление аномальных свойств воды приводит к делиота-ции - жидкость фильтрует через поры, уменьшая сопротивление каркаса. Относительные объемы фильтрации ничтожны, но их влияние на напряженное состояние дисперсоида значительно.

Температурное расширение вкраплений порождает объемный расход жидкости, который на поверхности макротела радиуса Л имеет величину Изменение величины - при переходе с поверхности Яд - на поверхность радиуса Я2 дает изменение пропускной способности пор - д.

Положения Н.Е.Жуковского дополняются понятиями дебита источника - дт, дебита стока - (обеспечивается

деформативными характеристиками каркаса) и дефицита расхода

ЧР=Чт-Яа-Ч

В такой трактовке формулы гидромеханики принимают

вид:

в - 1 а ~ 1 Ят

дТ Ы

дР = 8 кр.у()к =ЗПАК(1-2^)аР

дЯ~ ж4п ' Ча~ (1-П)Е Ы '

где Р - давление; у - коэффициент кинематической вязкости/ р* - плотность жидкости; Т - температура; С - время; Е - модуль упругости каркаса; - коэффициент температурного расширения; рс ~ коэффициент объемного сжатия; ц - коэффициент-Пуассона;. АУ - элементарный объем. Дифференциальное уравнение давления имеет вид

дР дТ Рт д дТ рт да 8Т рт д( ~ Ы Рс ят Ы рс Чт д1 рс '

Величина q найдена ?сак результат предельного перехода от поверхности радиуса К^ к поверхности радиуса К2

(дР

2 - I-

--------11Ш -

Чт & Рс Р*уРс ^ Ая~*° АЛ

где 5 - площадь поверхности фильтрации (для пластинчатой формы .

Для выбора к и кБ в зависимости от формы дисперсности составлена таблица 4.

Таблица 4

Значения величины коэффициентов различных форм дисперсности .

<м> КоэфР^^^ фициент Сфериче- Цилиндри- Прямо-

ская ческая угольная

к 0,89 1,05 1,33

Р/кБ 0,28 0,30 0,37

Г 2 1 0

Ссыпаясь на физические представления, используемые при выводе уравнения теплопроводимости Фурье, и учиты-

вая запись дифференциальных операторов в сферических координатах, выражение для предела можно записать

д2р ГдР .

а/г2 + ядя'

где Г - коэффициент, учитывающий форму макроструктуры.

Дифференциальное уравнение напряженного состояния дисперсоида, вызванного тепловой деформацией, с учетом явления релаксации Максвелла, выглядит

1-1

дР^дТ^ а а рс

\, 3(1-2/у)

3 г1

\ЬруРМ

и. 3(1-2//)

. 0-п)яд

где - коэффициент структурной вязкости каркаса.

Дифференциальное уравнение обладает рядом преимуществ. Оно учитывает распределение температуры и давления по объему тела, т.е. связывает локальные характеристики, определяющие состояние частиц, что особенно существенно при их значительных размерах.

Как упоминалось выше, при ТО вследствие расширения жидкости или твердого вкрапления происходит накопление упругой энергии, которая может переходить в энергию поверхности - энергию результата разрушения.

При отработке Дальневосточных глубокозалегающих россыпей погребенного типа фактический выход глинистых окатышей составляет 30-40% галечного материала. Эти окатыши представлены плотными образованиями размерами от 50 до 250 мм в поперечнике. Присутствие окатышей в горной массе, подаваемой на промывку, - предопределяет уровень технологических потерь, так как они, включающие вкрапления золота, переходят 6 техногенную россыпь. По прошествии зимнего периода окатыши в результате естественной обработки холодом распадаются на множество кусков, тем самым частично освобождая вкрапления золота. Физический процесс разрушения окатышей глины вследствие проявления аномальных свойств воды описан нами дифференциальным уравнением термообработки с учетом ограничений - г=0, т}-+<я

При этом физическая модель отвечает условию, при котором поверхность окатыша внезапно покрывается коркой льда.

Поведение плотного слоя одежды окатыша на интервале температур - (+0 °С, -0 °С), в области которой физические свойства меняются скачком, описывается уравнением

1+-

3 1-2 ц

1-П Ерс у рс

где рт / Рс ~ некоторая функция температуры и давления, отличающаяся большой крутизной по отношению к температуре.

Она отвечает особенности <?-функции и вместе с ¿>-окрестностью (с?Г) создает неопределенность типа - оо.О. Для того, чтобы избежать неопределенность и избавиться от температуры, сделана замена

1 йУ

В результате замены для интегрирования

йТ V

уравнение

1 + -

3 1-2// 1-П Е/Зс )

йР =

становится удобным

1 (¡V

Рс V

где рс - величина обратная модулю упругости льда.

В четвертой главе показано, что внедрение в практику работы промывочных приборов систем оборотного водо-• снабжения делает актуальным решение задачи роста концентрации вредных примесей. При этом причиной накопления примесей является испарение жидкости с поверхности зеркала жидкости.

Уравнение материального баланса примеси записывается в виде

где Бд - концентрация примесей в воде подпитки; Й - текущее значение концентрации; д„ - расход подпитки; дс -расход слива; V - объем воды с учетом объема водохранилища? с(С - элементарный промежуток времени; <33 - изменение концентрации.

Интегрирование дает уравнение кинетики загрязнения водоема вредными примесями

Яп

-9 с* V .

Анализ уравнения кинетики показывает, что пруда отстойники должны быть оборудованы сливом.

Математическая модель кинетики загрязнения оборотных вод промывочных приборов использована при разработке гидродинамической модели роста загрязнения почв, спровоцированного глобальным техногенезом, т.е. имеет общий характер.

Обоснована необходимость создания математических моделей непрерывных процессов, сопровождающих очистку слива от токсичных примесей в проточных установках' локального типа.

При проектировании такого типа установок немаловажным является выбор формы резервуаров - реакторов. Как правило, при заданных параметрах потока вода, сечение принимается исходя из средней или модальной крупности порошкового материала-реагента. Исследования показали, что работа реакторов приводит к появлению паразитных объемов, заилению оголовка реактора и потерям реагента за счет выноса мелкой фракции. Благодаря системному подходу к явлению квазистатики твердого полидисперсного материала достигается детерминированный выбор размеров сечений резервуара по высоте. При этом, основным уравнением расчета является предложенное автором дифференциальное уравнение равновесия реагента в плавно расширяющемся вертикальном потоке жидкости

где Л - пористость насыпного материала; v0 - объем порошка, загружаемый в реактор насыпью; q - расход потока воды; D(x) - диаметр сечения резервуара; х - вертикальная координата (рис.2); 8 - относительный вес порошка в воде; v - коэффициент кинематической вязкости; d - диаметр частицы; 0(х) - разрыхление; f(t> - закон распределения порошка; z - безразмёрная величина частиц; W - гидравлическая крупность частиц

Внедрение дифференциального уравнения квазиравновесия реагента в практику расчета форм резервуаров установки локальной очистки сточной воды научно-исследовательской и производственной ассоциации по природоохранным технологиям - «НПА Кристалл» показало экономию коагулянта.

Рис. 2. Схема реактора.

В пятой главе приводятся исследования, направленные на развитие основ теории потоков техногенных взвесей, применительно к условиям обогащения на шлюзах и охраны гидросферы. Предлагается новое понятие - время турбулентного перемешивания. Изложен вывод формулы пульсационной составляющей давления

2—2 а V

в хУ

а ус/

где | = f(Re) - эмпирический коэффициент; Ке =--чис-

ло Рейнольдса; ус=у(1+2, 5Бр) - коэффициент кинематической вязкости смеси; у - коэффициент кинематической вязкости чистой среды; - средняя расходная концентрация; р - плотность непрерывной фазы; с1 - диаметр цилиндрического вихря; а - постоянная Ландау-Левича; У - координата частицы в потоке; V- локальная осредненная скорость среды.

Пульсационная составляющая давления изменяется по сечению потока и имеет максимум в некоторой точке с координатой

Ут=фе2+п-<р,

где £ - эмпирический коэффициент; £> - диаметр трубопровода (для шлюза £>=4Я); К - гидравлический радиус; л -

эмпирический коэффициент; т_Х_ [][; ¡3 - коэффициент, учитывающий работу взвешивания; Я - коэффициент гидравли-

ческого трения. В этой точке возникают вихри жидкости, обладающие наибольшей энергоемкостью.

Внимание к вопросу поведения пульсационной составляющей давления объясняется предложением диссертанта использовать дезинтегрирующую способность техногенных водотоков при одновременном транспортировании продуктивной горной массы. Последнее нашло применение на предприятии АООТ "Хабаровский завод силикатного кирпича" и позволило решить ряд вопросов охраны труда и качества исходного материала.

Анализ опубликованной информации по размыву русел позволил выбрать формулу давления сцепления между глинистыми частицами (формула Ц.Е.Мирцхулавы, B.C.Боровкова)

0,005-р __м

и установить связь между параметрами потока и размером диспергируемых частиц, а именно

ад гж:

" ятЫ?'

где dm - модальный размер частиц, отделившихся от сростков в результате действия поля пульсационного давления (модальный размер является характеристикой слоя примеси, загрязняющий сросток); Vm - локальная скорость жидкости в указанной выше экстремальной точке.

Использование выражения стандартного профиля локальной скорости жидкости при турбулентном движении дает возможность записать

Л - К V2

где К - коэффициент (м); Fr—— - число Фруда; V -

g£

средняя скорость потока.

В результате теоретического анализа установлено, что взвесенесущий поток обладает дезинтегрирующей способностью, определяемой корнем квадратным из числа Фруда, т.е. чем больше число Фруда, тем тоньше слой примеси на зернах золота. Для обеспечения более совершенной дезинтеграции песков, при постоянной производительности процесса, рекомендуется уменьшить диаметр трубопровода.

Стремление получить материал повышенной чистоты приводит к дополнительному загрязнению потока тонкодисперсными частицами размером бм. Соответственно, возни-

кают дополнительные трудности, связанные с извлечением глинистых частиц, которые преодолеваются усложнением и удорожанием очистных сооружений.

Последнее выражение рекомендуется для качественной оценки процесса дезинтегрирования металлосодержащих песков и диспергирования флотореагента при проектировании оптимальных систем гидроминералолодготовки.

Формула пульсационной составляющей давления получена в результате развития полуэмпирической теории Пран-дтля-Кармана.

Исследования взвесенесущей способности техногенных водотоков показали, что ошибочно отождествлять процессы, сопровождающие гидравлический транспорт и обогащение, несмотря на то, что в обоих случаях имеет место перенос твердых частиц.

В случае гравитационного обогащения ценных компонентов, например на шлюзах, упомянутый перенос проектируется как критический. Обогащение сопровождается двумя процессами - осаждением ценных компонентов и транспортом вмещающих пород. Взаимоотрицание процессов объясняет трудности их восприятия и порождает различные концепции образования слоя осадка на ложе потока. То же можно сказать в отношении естественных взвесенесущих потоков, и формирования аллювиальных россыпей. В общем случае твердые частицы перемещаются потоком жидкости в состоянии витания, скачкообразно и волоком. Системы гидротранспорта проектируются так, чтобы исключить волок частиц и избежать заиление.

В главе предлагается называть второй критической скоростью среднюю скорость такого взвесенесущего потока, в котором нет места частицам, перемещающимся волоком и первой критической скоростью среднюю скорость такого взвесенесущего потока, в котором начинается волок частиц ценной породы. Иначе, первой критической скоростью называть скорость равного волочения или равного трогания твердых частиц.

Скорость равного трогания частиц ценной и пустой породы отвечает разным размерам указанных частиц, поэтому также предлагается понятие коэффициента равного трогания по аналогии с коэффициентом равнопадываемости. Коэффициент равного трогания - отношение наибольших размеров частиц ценной и пустой породы, которые переходят в отвал, если речь 'идет о гравитационном обогащении продуктивной горной массы или о частицах химически активной тяжелой и легкой пыли, которые откладываются во впадинах ландшафта, загрязняя почву.

Показано, что практика промывки аллювия на шлюзах отвечает условиям, при которых разница размеров частиц, например, золота и сланца, образующих хвосты, более чем на порядок превышает коэффициент равнопадываемости. Следовательно, концепция гидравлической крупности, хо-

рошо зарекомендовавшая себя для условий гидравлического транспорта, несостоятельна в случае руслообразования и обогащения на шлюзах. Для того, чтобы твердая частица тронулась с места и хотя бы некоторое время шла волоком, пульсационная составляющая давления в точке, совпадающей с центром тяжести симметричных твердых частиц, покоящихся на дне канала, должна быть близкой давлению поддержания (поток преодолевает сопротивление трения или качения). В свою очередь, давление поддержания .определяется как частное от деления проекции на ось У силы веса частицы в воде на площадь поддержания - наибольшую площадь сечения частицы плоскостью параллельной дну канала.

Таким образом,

Р = ^(ут -у)Исоза,

где Р - давление взвешивания или поддержания/ у/ - коэффициент, учитывающий форму, частиц (табл.5); а - угол наклона потока к горизонту; Ь - радиус или для несимметричных частиц координата центра поддержания.

В результате исследований сделан вывод, что частицы, занимающие правое положение в таблице, имеющие развитую поверхность, легче мигрируют в направлении потока, что создает трудности при их улавливании. Для таких частиц коэффициент формы, определяющий удельную поверхность (табл. 3), велик.

Таблица 5

Значение величины коэффициента формы частиц.

Форма частиц ш т ф

2 2 1,57 1,33 0,67 0,52 0,47

Выражение первой критической скорости взвесенесуще-го потока получается приравниваем давления пульсации и поддержания, при равенстве размеров вихря и взвешиваемой частицы

1 1, л

1+—1п-

. 9 ф.

Оно имеет универсальный характер, т.к. содержит постоянные Кармана, Ландау-Левича и параметры системь гидросмесь - трубопровод и показывает, что концепцш первой критической скорости является концепцией, отвергающей концепцию гидравлической крупности, если речь идет о формировании россыпей благородных металлов концентрации частиц пыли во впадинах рельефа, или образования слоя осадка на шлюзах.

Результаты исследований взвесенесущей способности техногенных водотоков были использованы при разработке схемы обогащения хвостов промприбора ПГШ-50 Херпучин-ского прииска ПО "Приморзолото" (Рис. 3).

В главе подчеркнуто, что применительно к взвесене-сущим потокам интерес представляет не только распределение по сечению потока скоростей, но и концентраций. Полуэмпирический подход к указанной проблеме, использованный в диссертации, позволил получить дифференциальное уравнение распределения концентрации взвеси, которое по виду не отличается от феноменологического уравнения O'Braien, а именно

dS И7 cosctr

-=--—-о,

dY aV%Y

где S - действительная объемная локальная концентрация твердого в жидкости; W - гидравлическая крупность твердых частиц.

Однако, множитель при S в правой части выглядит иначе; - в уравнении O'Braien отсутствует коэффициент Ландау-Левича и динамические характеристики представлены средними по потоку величинами. Кроме того, у O'Braien некоторые коэффициенты явно не определены.

Использование основ полуэмпирической теории Л.Прандтля, учет плотности смеси и работы взвешивания М.А.Великанова, позволили записать

dV _ К Ъ dY "VTTáSjF'

где V» - динамическая скорость; 5 - относительный вес твердого в воде; Ь - коэффициент.

И, наконец, для/ условия S & f(y)r получить формулу второй критической скорости взвесенесущего потока

V iXjiilreos«, * (2 + n)aU Ь

где W - гидравлическая крупность частиц максимального размера.

Указанная формула второй критической скорости взве-сенесущего потока имеет ряд преимуществ и отличается от формул А.П.Юфина, А.Е.Смолдырева, Л.С.Животовского, И.Г.Хаскельберга, В.С.Уколова, Г.Т.Сазонова тем, что содержит постоянные Кармана, Ландау-Левича и гидравлическую крупность. Кроме того, из формулы следует, что с ростом шероховатости взвешивающая способность потока растет и, при прочих постоянных, критическая скорость уменьшается. Формула А.Е.Смолдырева, например, приводит к противоположному результату, что противоречит природе турбулентности потока.

В шестой главе изложена теория отсадки гидроминеральной смеси машинами ОМТ и показана реализация ее положений с использованием ЭВМ.

В диссертации, при разработке теории процесса отсадки, за основу принята кинематическая концепция или, если говорить более точно, концепция гидравлической крупности, что сделало процесс универсальным - независимым от конструктивных и физических особенностей привода машины (Рис. 4,5).

Рис.4.Принципиальная схема машины ОМТ (вид прямо).

Хвосты проыприбора ППЯ - 50 ~ [—

1100 ф -80 Грохот наклонный

25 I-—-ГТ

1100 ф -20 Обезвоживатель ОШ-23Г1

пески

700 „ 400х,'

—Перекачка ]

Перекачка ГрУ-400/20 V

Гидрогрохот

. 10,2 " 400 ^ .Обезвоживатель

13,«

+ 3

0,2 300

СЛИВ

10 100

пески

насгазхр

Шгаэз ШМН

10 100

СЛИВ 0, ОЗм-'Усут

(^шШОУ^)

Условные обозначения:

Выход твердого м3/ч

24 400

Выход жидкого м3/ч

Наименование продукта

Крупность, в мм

Рис.з: Схема обогащения хвостов проыприбора ПШ-50

Рис. 5. Принципиальная схема машины ОМТ (вид сбоку)

Замыкание системы уравнений достигнуто благодаря включению в модель отсадки элементов математической статистики. Сформулирован вопрос о числе всплесков жидкости за время прохода песка над решетом, обеспечивающем достаточно высокую доверительную вероятность процесса отсадки. При этом за основу принята формула Н.Л.Леонтьева

Р =

уУ т2

где Р - число всплесков жидкости за. время . прохода скребка над решетом; V - коэффициент изменчивости варьируемой величины; t - показатель достоверности; Т - показатель точности.

Математический аппарат опирается на три положения: 1.Периодически повторяющиеся всплески (гармонические колебания) воды гарантируют условия отсадки. 2.За время прохода песков над решетом минимальное зерно ценного компонента проходит путь равный высоте скребка. 3.Максимальное разрыхление достигается при одновременном минимуме высоты слоя воды.

Последнее является одним из условий, оптимизирующих процесс отсадки и приводящих к экономии энергоресурсов. Высота слоя воды создает предпосылки к разрыхлению постели, что полезно с одной стороны, но с другой - является вредным, так как приводит к появлению паразитного слоя-слоя, увеличивающего инерционную массу воды. Для обеспечения максимального разрыхления при отсутствии паразитного слоя устанавливается соответствие

между высотой подъема частицы пустой породы над слоем .материала и толщиной слоя воды.

Выражение для определения производительности машины ОМТ выглядит

<2=0,9 В{Н-НЦ)УЯ,

где В - ширина скребкового транспортера; Яс - толщина слоя неразрыхленного материала; Нц - высота лопатки над решетом; - скорость движения ленты скребкового транспортера (Рис. 5).

Выражения для призмы волочения записываются:

¡2Ь[Н

—--—-, если призма треугольная

"V N

* ч

тг гт

пс — Нц Л--если призма трапецоид альная,

ярызм

где 1* - высота лопатки скребка; Ь - длина решета; А0 -угол естественного откоса; Маризи - число призм волочения.

Зависимость числа всплесков от времени прохода скребка над решетом определяется выражением

, Р=Еоек .

где Ы0й - число двойных ходов жидкости в минуту; 1>/Уя -время прохода скребка над решетом.

Согласно выбранной схеме отсадки условие Ричардса или условие взвешивания максимальной частицы сланца имеет вид

р р.

г *

где де - стесненная гидравлическая крупность частицы сланца максимального размера; Рт - площадь поршня; Гр -площадь решета; Р5 - пористость исходного песка; Зр -относительный вес пустой породы; с4ах - максимальный диаметр частицы пустой породы; v - коэффициент кинематической вязкости; <9 - разрыхление постели; У - амплитуда колебания жидкости; о - угловая скорость колебательного процесса.

Пятое уравнение отвечает условию безотходной отсадки

[е М - стесненная гидравлическая хрупкость частицы зо-

1та минимального размера/ с^п _ диаметр минимальной .стицы ценной породы; дс - относительный вес ценной >роды; t - время, Т=Ь/УЛ.

Последнее уравнение, замыкающее систему - уравнение

гти, пройденного частицей пустой породы за время на-[етания

К + -5- Усо бш ал + IV{с1., у, 5 , ©\

РФ \ «-> > *» р

¡еЬ'- производная пути по времени для частицы пустой >роды;

(Я-Я>А ' й = Уя~Яс+Яч.

Замкнутая система уравнений отсадки положена в ос->ву программы ЭВМ расчета конструктивных и эксплуата-юнных параметров машин ОМТ с воздушным приводом.

Шесть уравнений, образующих замкнутую систему, со-¡ржит шесть зависимых переменных - Гд, Ь, Нс-Нц, У, и не разрешены относительно неизвестных, поэтому по-:к решений производится с помощью итераций на двух ювнях. На нижнем уровне, с помощью последовательных сближений амплитуды - У , удовлетворяется, с доста-»чной для инженерной практики точностью, условие опус-1ния минимальной частицы ценной породы ниже скребка. I верхнем уровне - удовлетворяется условие максимально подъема частицы пустой породы минимального размера толщины слоя воды - й.

Определение параметров приводного устройства машины 1Т следует за итерационным определением параметров юцесса отсадки, которому отводится основная часть ал-|ритма программы, и достигается построением Р-У диа->аммы цикла воздушного привода (Рис. 6).

В результате имитации процесса отсадки на ЭВМ уста->влено, что при расчетных частотах колебания жидкости [изких к собственным, колебательный процесс характери-гется малыми инерционными потерями, а обеспечение низ-частотной отсадки - один из путей оптимизации' привода шин ОМТ и экологизации процесса.

Кроме того, установлено, что в случае больших расчетных относительных весов частиц, содержащих ценные вкрапления, получаются большие частоты колебаний жидкости и малые углы сдвига, что затрудняет выбор воздуходувок (воздуходувки завода «Энергомаш» г. Хабаровска) в качестве привода. Коротко говоря, использование воздуходувок на быстроходных машинах ОМТ затруднительно и рекомендуется для низкочастотной отсадки - ниже 60 об/мин, характерной для заглинизированных цепных материалов или для материалов в сростках с кварцем.

Благодаря системному подходу к процессу отсадки в методику расчета параметров включены, как это видно из ее описания, следующие независимые переменные - Q, В,

Spfdcr dma.nr C^ainy Р/ Ко, Ps, &Q, Fr/Fp, N призы •

С помощью программ ЭВМ проведены исследования влияния на параметры машины расчетного относительного веса частиц ценной породы при МпрИЗМ = Const и МярИЭМ = Var.

По данным численных исследований рассчитаны коэффициенты изменения конструктивных и эксплуатационных параметров, при этом коэффициент представляется как частное от деления текущего значения параметра на значение параметра, отвечающего степени загрязнения сростка -S=0. Для наглядности построены графики (рис. 7, 8).

Анализ графиков (Рис. 7, 8) показывает, что машины ОМТ, предназначенные для эксплуатации на труднообогатимых песках, могут проектироваться по двум вариантам. Машины, запроектированные по первому варианту, отличаются тихоходностыо, большими габаритами и умеренной мощностью, а по второму - быстроходностью, умеренными габаритами и повышенной мощностью. Выбор варианта определяется экономическими расчетами.

вода машины ОМТ (амплитуда - 0,05, обо-

роты - 66 в мин).

Замкнутая система уравнений расчета конструктивных и эксплуатационных параметров машин ОМТ, реализованная на ЭВМ, позволяет имитировать работу машин ОМТ, проектируемых в зависимости от производительности и вещественных составов конкретных месторождений. Имитация процесса отсадки избавляет от дорогостоящих экспериментов, приводит к экономии энергетических и материальных ресурсов, а замена механического привода на воздушный позволяет решить ряд вопросов экологии.

Рис. 7. Коэффициент изменения эксплуатационных и конструктивных параметров ОМТ (число ящиков скребкового транспортера постоянное - 7, 1 -амплитуда, 2 - длина решета, 3 - высота скребка, 4 - мощность, 5 - скорость скребка, 6 - обороты, 7 - напор).

К 4

3,5

2,5

1,5

0,5

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9?

Рис. 8. Коэффициент изменения эксплуатационных и конструктивных параметров ОМТ (число ящиков скребкового транспортера переменное, 1 -длина решета, 2 - скорость скребка, 3 - мощность, 4 - напор, 5 - высота скребка).

В седьмой главе дано обоснование метода расчета эр-лифтного гидроминералозабора при дражной разработке глубокозалегающих россыпей.

Анализируется практика работы промывочных приборов отличающаяся совместным транспортом жидких, твердых и газообразных веществ, которые в условиях интенсивного турбулентного перемешивания образуют гетерогенные структуры. При этом, присутствие воздуха придает смеси характер сжимаемости, благодаря чему течение смеси оказывается неравномерным. Изменение параметров течения по

* /

// ' 3

длине трубопровода усложняет методику расчета и вызывает необходимость применять некоторые допущения.

В главе рассматривается течение смесей в трубах эрлифтов в условиях гидроминералозабора.

Для вывода дифференциального уравнения движения смеси используется теорема об изменении количества движения как это принято в классической гидравлике. Допускается отсутствие межфазовых переходов, установившееся движение, изотермический процесс, равномерное распределение воды, воздуха и сланца по сечению потока и, наконец, отсутствие пульсации осредненной концентрации, г.е. выполнение условий эргодичности.

С учетом ограничений, дифференциальное уравнение движения смеси записывается

где ас - коэффициент Кориолиса для смеси; V!, - средняя скорость воды; Р - давление; г - вертикальная координата потока; уо, ус - объемные веса воды, смеси; л0 - коэффициент гидравлического трения; Кх - коэффициент; сЬс -цлина элементарного отсека трубы; И - диаметр трубопровода.

Для восходящих потоков смеси воздуха, воды и твер-зого уравнение сводится к виду:

\де /л ~ объемный вес гидроминеральной смеси; Щ - коэф-эициент связи между действительным и расходным воздухо-;одержаниями; Р0, /30 - давление и расходное воздухосо-1ержание в истоке и решается методом неопределенных ко-»ффициентов.

а -

КрУп^о А , ас, \ 2 , ~ .

л п ' (гЛ); ¿ = -Мо

1-Рп я

(гЛ)2 Го £>'

130 110 90 70 50 30 10

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Рис. 9. График структур течения газожидкостных смесей в вертикальных трубах (1 - пробковая структура, 2 - кольцевая структура).

Решение последнего уравнения громоздкое, поэтому в главе предпринята попытка его упрощения.

Установлено, что для инженерных расчетов эрлифта, в пределах регулирования расхода смеси от нуля до оптимального (КПД=тах), можно использовать уравнение

г КМ 1п Р&-КА)

г. гА-Ю (1-К,)РА+Р(1-Ю '

однако, следует помнить, что в случае эрлифтного гидроминералозабора, кроме указанных выше условий, необходимо соблюдать условие равенства приведенной скорости гидроминеральной смеси допустимой скорости или ее превышения.

Численные исследования показали, что КПД эрлифтных установок зависит от структур течения газожидкостной смеси, которые, как известно, зависят от числа Гг и расходного газосодержания - рр (Рис. 9). КПД эрлифта достигает своего максимального значения в момент наступления автомодельности коэффициента связи между расходным и действительным газосодержанием потока по числу Фруда. КПД растет с увеличением скорости движения смеси. Поскольку сначала гидравлические потери небольшие, КПД быстро растет за счет уменьшения величины скольжения между компонентами смеси. В определенный момент времени, когда скольжение становится минимальным, потери успевают достичь значительной величины и при дальнейшем росте скорости еще больше возрастают, что приводит к плавному снижению КПД. И, наконец, при достижении скоростью смеси критического значения, наступает кольцевой

режим течения. Скольжение вновь возрастает, КПД подает круче, расход смеси, достигнувший максимального значения до появления кольцевого режима, начинает уменьшаться. Строго говоря, обе, показанные на рисунке 9 структуры, не имеют четких границ. Так, например, пробковая структура включает в себя эмульсионную, а кольцевая -капельную.

Последнее уравнение положено- в основу приближенной методики расчета оптимальных параметров работы эрлифт-ных установок. При этом приемлемым путем расчета оказался графоаналитический путь.

Номограмма определения оптимальных параметров эр-лифтного гидроминералозабора может быть представлена двумя семействами кривых:

к,-ФХ

гяе р - число Фруда, записанное для вода/ до - при* gD

веденная скорость воды; а - погружение трубы эрлифта.

Для удобства определения параметров гидроминералозабора расход воздуха приведен к атмосферному давлению и сделана замена Д> на ßiT (Рис. 10) .

о __Ppßo_

где ß„ - расходное содержание воздуха, приведенное к атмосферным условиям {Р*=РЛТ).

На рисунке 10 десять пар кривых соответствуют десяти значениям Р0/Р*, = 1,1; 1,25; 1,5; 2,8; 4,0; 5,2; 7,4; 10; 14; 20, причем линии большей крутизны соответствуют большим значениям.

Таким образом, для эрлифтного гидроминералозабора, который является безопасным, единственно возможным решением при разработке глубокозалегающих россыпей, создана достаточно точная и простая методика расчета конструктивных и эксплуатационных параметров.

ц «, к « ц », ц ч о - л п.

9<?9-9<79999 ООО

Рис.10. Номограмма определения оптимальных параметров эрлифтной установки- (1 - пробковая структура, 2 -кольцевая структура) .'

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С привлечением аппарата математической статистики, коллоидной химии, гранулометрии и гидромеханики выполнен комплекс исследований в области физических процессов гидроминералоподготовки и охраны окружающей среды.

Предложены технологические и технические решения, внедрение которых позволило повысить эффективность переработки труднообогатимых металлосодержащих песков, основная часть которых составляет техногенные россыпи, и снизить негативное воздействие горных работ на природную среду путем комплексного подхода к их организации, включающего применение нетрадиционных гидромеханизированных технологий выемки продуктивной горной массы и укладки отработанных материалов.

Использование в исследованиях полуэмпирических теорий, а также направленность исследований на углубление представлений о вещественных характеристиках исходных материалов и явлениях, сопровождающих Физические процессы гидроминералоподготовки оказались плодотворными и позволили сформулировать некоторые, неизвестные до сих пор, критерии, концепции, методики и модели, найти качественные и количественные связи между параметрами процессов и характеристиками (эксплуатационными и конструктивными) обогатительных машин и аппаратов, а также устройств для кондиционирования оборотных вод и регенерации атмосферного воздуха.

Даны рекомендации по восстановлению природно-техн-огенного ландшафта.

Получены технические решения добычи золота из хвостов промприборов Херпучинского прииска ПО "Приморзолото" и дополнительного дезинтегрирования песков р.Амур при их одновременном гидротранспортировании (L-2 км, d=400 мм) на склад АООТ "Хабаровский завод силикатного кирпича". Показан экономический эффект от их внедрения, который в первом случае составил 15,5 млн. руб. в ценах 1994 г., во втором - 250 ООО руб. в ценах 1991 г.

Для исследования рабочих процессов отсадки машинами ОМТ и кондиционирования оборотных вод написаны и отлажены программы ЭВМ.

Разработано техническое решение, защищенное патентом, позволяющее создать эффективное оборудование использующее энергию токов СВЧ для интенсификации процесса извлечения благородных металлов из шлихов.

Исследования вещественных характеристик дисперсных материалов, как таковых, получили в диссертации экологическую направленность. Запатентованы конструкция намывного фильтра и способ получения гидрофобизированного перлита, которые нашли применение в работах, связанных с ликвидацией последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

Предлагаемые в диссертации теоретические и технические решения, связанные с повторной отработкой россыпей, как следствие, позволяют обеспечить экономию материальных и природных ресурсов, сокращение числа эксплуатируемых месторождений драгметаллов, снижение затрат на геологические изыскания, уменьшения отчуждаемых территорий для размещения добывающих комплексов. Кроме того, позволяют снизить ущерб от загрязнения водоемов.

Внедрение низкочастотной отсадки машинами ОМТ с двухсторонним воздушным приводом на базе отечественных воздуходувок позволяют ввести в оборот техногенные россыпи с мелким золотом и низким содержанием драгметаллов .

Даны рекомендации и показаны области применения новых определений и результатов.

Разработанные теоретические основы совершенствования процессов минералоподготовки и кондиционирования оборотных вод доведены до конкретных расчетов.

Таким образом, в диссертации решена проблема по созданию теоретических основ экологизации и ресурсосбережения при освоении труднообогатимых россыпей золота, имеющая одновременно большое народнохозяйственное значение .

Основное содержание диссертации опубликовано: 1. Имитационное моделирование процесса отсадки машинами ОМТ (воздушный привод). Институт горного дела ДВО АН СССР. Хабаровск, 1987. 54 с. Деп. в ВИНИТИ 19.01.87. № 376-В87. (Соавтор Лопатин В.Н.).

2. Определение на ЭВМ условий безотходного гравитационного обогащения минерального сырья. В сб. трудов: Проблемы комплексного освоения минерального сырья е Дальневосточном экономическом районе. Владивосток: ДВ0 АН СССР, 1989, 107-109 с.

3. Функции распределения свободнодисперсных материалов. В сб. трудов: Интенсификация процессов добычи и переработки минерального сырья. Владивосток: ДВО At СССР, 1991, 114-119 с. (Улыбышева Н.М.).

4. Исследование ситовых характеристик золота россыпей Дальневосточного региона. Магадан: Колыма. № 11, 1990, 20-27 с. (Улыбышева Н.М.).

5. Функции распределения свободнодисперсных материалов. Институт горного дела ДВО АН СССР. Хабаровск, 1989. 21 с. Деп. в ВИНИТИ 16.08.89. № 5523-В89 { ВорожцоЕ И.В., Кислицин В.Н.).

6. Функции распределения пылей горнометаллургических производств. Институт горного дела ДВО АН СССР. Хабаровск, 1990, 17 с. Деп. в ВИНИТИ 07.05.90. № 2369-В90 (Кислицин В.Н., Косяченко А.Г.).

7. Гранулометрия скально-обломочных материалов. Магадан, Колыма. №1, 1991, 6-7 с. (Борзенков JI.A.).

8. Гранулометрия золота, россыпей Дамбукинского прииска. JI.: Обогащение руд. №3, 1991, 22-23 с.

9. Анализ грансостава взвесей и параметров потока. Л.: Обогащение руд. № б, 1991, 18-20 с. (Косяченко

A.Г.).

10. Анализ гистограмм глин, песков, отсевов. М.: Строительные материалы. № 1, 1992, 21-22 с. (Стремовский P.A., Косяченко А.Г.).

11. Анализ ситовых характеристик летучих зол углей. Магадан: Колыма. № 3, 1992, 24-25 с. (Улыбышева Н.М.).

12. Гранулометрия взвесей и осадочных пород. Магадан: Колыма. № 4, 1992, 29-32 с. (Косяченко А.Г.).

13. Гранулометрия пылей горнометаллургических производств. Алма-Ата: Комплексное использование минерального сырья. № 11, 1991, 78-80 с.

14. Статистический анализ гистограмм летучих зол углей. М.: Уголь. № 6, 1992. 39 с.( Улыбышева Н.М.).

15. Гранулометрия золота реки Омчак. Магадан: Колыма. №3. 1993, 14-15 с.

16. Систематизация продуктов классификации аллювия россыпей Верхнего Приамурья. Магадан: Колыма. №5, 1993, 17-19 с. (Мамаев Ю.А., Сорокин А.П.).

17. Исследование характеристик товарного перлита. Институт горного дела ДВО АН СССР. Хабаровск, 1988, 15 с. Деп. в ВИНИТИ 01.04.88. N2494-B88 (Заболотных

B.Л., Лопатин В.Н.).

18. Некоторые аспекты термической обработки связнодис-персных минералов. Институт горного дела ДВО АН СССР. Хабаровск, 1984, 29 с. Деп. в ВИНИТИ 14.12.84. №8052-84.

19. Физические аспекты термообработки связнодисперсных минералов. Ленинград: Обогащение руд. »1, 1989, 1618 с.

20. Математическая модель декрипитации связнодисперсных минералов. В сб. трудов. Управление свойствами и переработка дисперсных материалов Дальнего Востока. Владивосток: ДВО АН 1990, 30-34 с.

21. Физические аспекты термообработки связнодисперсных минералов. В сб. международной секции. Математические методы геологии в ЧССР. Прижбрам, 1985, 16-17 с.

22. К вопросу о влиянии аномалии воды на состояние дорожной одежды. Институт горного дела ДВО АН СССР. Хабаровск, 1984, 12 с. Деп. в ВИНИТИ 29.10.84 №721984.

23. Анализ роста концентрации вредных примесей в системе оборотного водоснабжения промывочных приборов. Магадан: Колыма №1, 1992, 28-29 с.

24. К вопросу о коэффициенте очистки воды от масел. Институт горного дела ДВО АН СССР. Хабаровск, 1988 16 с. Деп. в ВИНИТИ 01.06.88 N4334-B88 (Кислицин В.Н.).

25. О коэффициенте очистки воздуха от пылей горнометаллургических предприятий. В сб. трудов. Ресурсосберегающие технологии в горном деле. Владивосток ДВО АН СССР. 1991, 103-107 с. (Кислицин В.Н., Косяченко А.Г.) .

26. Экспериментальные исследования зависимости коэффициента очистки воды от концентрации масла на входе. Киев: Химия и технология воды, т.11., »12, 1989, 1126-1127 с. (Кислицин В.Н., Максин Е.В.).

27. Полуэмпирические исследования квазиравновесия суспензии в резервуарах заданной формы. Институт горного дела ДВО АН СССР, Хабаровск, 1989. 7 с. Деп. в ВИНИТИ 16.08.89. №5522-В89 (Стремовский P.A.).

28. Полуэмпирические исследования автофильтрования мас-ловодяной эмульсии. Институт горного дела ДВО АН СССР, Хабаровск, 1989, 6 с. Деп. в ВИНИТИ 16.08.89 №5521-В89 (Кислицин В.Н., Косяченко А.Г.).

29. Выбор оптимальной формы резервуара для очистки воды. В сб. тезисов докладов III Региональной НПК. Пути улучшения работы сооружений водоснабжения и водо-отведения Дальнего Востока, Хабаровск, 20-27 с. (Стремовский P.A.).

30. Исследование и техника измерения параметров газожидкостных потоков. Дис. на соискание ученой степени

канд. техн. наук. М.: МИСИ им. Куйбышева, 1967. 152 с.

31. О работе взвешивания для негоризонтальных потоков. Институт горного дела ДВО АН СССР, 1987. б с. Деп. в ВИНИТИ 22.04.87. №283б-В87 (Яцык И.А., Катин В.Д.).

32. Полуэмпирические исследования взвесенесущей способности турбулентного потока. Магадан: Колыма №12, 1990, 21-23 с.

33. Кинематические аспекты гидротранспорта. Институт горного дела ДВО АН СССР, Хабаровск, 1989. 8 с. Деп. в ВИНИТИ 05.04.89 №257б-В89 (Яцык И.А.).

34. Замкнутая система уравнений расчета процесса отсадки машинами ОМТ. Магадан: Колыма. №5, 1989, 20-22 с. (Кислицин В.Н.).

35. Моделирование на ЭВМ осаждения ценных зерен россыпного материала, отвечающего гипотезе Ричардса. Институт горного дела ДВО АН СССР, Хабаровск, 9 с. Деп. в ВИНИТИ 21.03.89. »2102-B89 (Кислицин В.Н.).

36. Выбор оптимальной скорости подрешетной воды отсадочных машин. Институт горного дела ДВО АН СССР, Хабаровск, 1990. 8 с. Деп. в ВИНИТИ 22.11.90 №5861-В90 (Улыбышева Н.М.). .

37. Основы оптимизации процесса дезинтегрирования рудного и россыпного материала. В сб. трудов: Применение ЭВМ и математических методов в горном деле. Владивосток: ДВО АН СССР, 1988, 71-75 с.

38. Дифференциальное уравнение трехфазного потока в вертикальной трубе. В сб. трудов: Движение однородных и неоднородных жидкостей. №55. Вып. 1. М.: Изд-во МИСИ им. В.В. Куйбышева, 1968. 88-92 с.

39. Расчет трубопроводов пневмотранспорта. В сб. трудов: Проблемы теплоснабжения и вентиляции в условиях климата Восточной Сибири. Иркутск: Изд-во Иркутского политехнического института, 1980, 87-90 с. (Лельков В.Г., Катин В.Д.).

40. Исследование характеристик эрлифтов. В сб. научных трудов. Технология и комплексная механизация лесозаготовительных работ. Хабаровск: ИзД-во Хабаровского политехнического института, 1973, 84-89 с. (Перевалов В. Е.) .

41. Исследование работы эрлифтных установок, тезисы докладов и сообщений Первой научно-технической конференции гидромеханизаторов Сибири. Новосибирск: Изд-во Новосибирского областного Совета НТО, 1973, 55-56 с.

42. Исследование оптимальных условий работы эрлифтных установок. В межвузовском сб. научных трудов. Хабаровск: Изд-во Хабаровского политехнического института, 1974, 38-40 с. (Перевалов В.Е.).

43. Полуэмпирические исследования восходящих двухфазных потоков. В сб. трудов: Проблемы теплоснабжения и вентиляции в условиях климата Восточной Сибири. Иркутск: Изд-во Иркутского политехнического института, 1981, 124-127 с. (Катин В.Д.).

44. . Анализ гистограмм аллювия россыпей Верхнего Приамурья. Санкт-Петербург: Обогащение руд. »6, 1994, 26-29 с. (Ковалев А.А).

45. Математическая модель определения удельной поверхности дисперсных систем. Магадан: Колыма. №10-11, 1994, 47-49 с.

46. Локализация гистограмм золота Верхнего Приамурья. Магадан: Колыма. №7-8, 1994, 12-14 с. (Мамаев Ю.А., Сорокин А.П.).

47. Оценка эффективности измельчения руд средствами гранулометрии. Магадан: Колыма. №5, 1994, 21-24 с.

48. О дезинтегрирующей способности взвесенесущего потока. Магадан: Колыма. №11-12, 1995, 25-27 с.

49. Экологические аспекты гранулометрии. Магадан: Колыма. №2, 1993, 32-33 с. (Жуков A.B.).

50. Полуэмпирические исследования модальных размеров пузырьков потока флотоэмульсии. Санкт-Петербург: Обогащение руд. №5, 6, 1996, с.13-15. (Ковалев A.A., Улыбышева Н.М.).

51. О двух критических скоростях взвесенесущего потока. Магадан: Колыма. №1-2, 1997, 42-45с. (Мамаев Ю.А., Улыбышева Н.М).

52. Техногенные дисперсные системы и охрана окружающей среды. Учебное пособие. Владивосток - Хабаровск: ДВО РАН, 1997. 140 с. (Мамаев Ю.А., Крупская Л.Т. и др.)

53. Обоснование инженерного метода расчета эрлифтного гидроминералозабора. Магадан: Колыма. №3, 1997, 4648 с. (Мамаев Ю.А., Улыбышева Н.М.).

Патенты:

54. Намывной фильтр. Патент №1556712 от 16.03.93 (Кисли цин В.Н., Семенов Ю.Ф.).

55. Способ извлечения благородных металлов из содержащего их материала. Патент №2059008 от 27.04.96 (Ковалев A.A.) .

56. Способ получения гидрофобизированного перлита. Патент №2071825 от 20.01.97 (Ковалев A.A.).

Сведения о внедрении результатов работ:

1.Методика обработки гранулометрических характеристик природнотехногенных дисперсных систем. (Справки о внедрении в учебный процесс) - по результатам работ /3 - 17/:

а) Дальневосточная государственная академия путей сообщения №75 от 04.02.97г.;

б) Хабаровский государственный технический университет. N»105/9 от 29.01.97г.

2.Теоретическая модель определения удельной поверхнос^ полидисперсных систем. (Справка о внедрении в практику исследований Института материаловедения ДВО РАН, 1997г.) - по результатам работ /45 - 47/.

3.Методика и программа расчета форм резервуаров локальной очистки оборотной воды. (Акт о внедрении. НП£ "Кристалл" от 31.11.94г.) - по результатам работ /27

4. Технический проект и схема обогащения хвостов пром-прибора ПГШ-11-50. (Протокол Совета НТО Херпучинскогс прииска от 04.08.93г., Справка о внедрении НППТК "Спектр" №2 от 8.02.97г.) - по результатам работ /30 - 33, 51/.

5. Стенд по очистке рабочей жидкости ГМП автомобилей.

(Справка о внедрении. Хабаровское ПО пассажирского автотранспорта №174 от 11.11.86г. Информационный лист №287 - 83 ХабЦНТИ).

6.Рекомендации по оценке дезинтегрирующей способности взвесенесущего потока. (Справка о внедрении. ТОО фирма «ИМПЕКС». 16 ноября 1997 г. - по результатам работ /31,32,48,50/.

- 29/.

ИВЭП ДВО РАН г.Хабаровск, ул. Ким Ю Чена, 65 Заказ №253, тираж 100 экз.

Текст научной работыДиссертация по географии, доктора технических наук, Бойко, Валентин Федорович, Хабаровск

ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

БОЙКО Валентин Федорович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЗАЦИИ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ ОСВОЕНИИ ТРУДНООБОГАТИМЫХ РОССЫПЕЙ ЗОЛОТА

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Хабаровск 1998

В каждом знании столько истины, сколько математики

Иммануил Кант

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

оооооооооооооооооооооооооооооосоооооооооооооо

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРОМИНЕРАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

1 о 1 Основные особенности и тенденции рационального освоения месторождений благородных металлов о оооооооооооооооооооооооооо 15

1о2 Состояние изученности процессов гидроподготовки продуктивной горной массы и охраны окружающей среды „ „ „

ОООООООООООООО

оооооооооооо

1.3 Цель и задачи исследований „ = . .

ГЛАВА 2 0 МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩИЕ ПЕСКИ 'КАК < > I ' СВОБОДНОДИСПЕРСНЫЕ'' СИС^1Ы ч - ^

. , ^ Ч-5 •Ку^.*'''" •-■■■■"

2 о-1 •■■■•^мёйчес^ё^и юэиэтоиджозхймические харак-% теш^тикжШет^Шогюв^^ащих песков. „ „ „ „

2 о 2 •^^да^р^ал^^^-ЩШкон таа^рределения

\\ ^ * ( Д^спв^сщ^^сисгем.-

2 о 3 Математическое обеспечение процедуры по-

25 29

иска постоянных универсального закона

распределения„ оооооооооооооооооооооооооооо 38

2 о 4 Паспортизация функций плотностей распределения аллювиальных отложений„ ....... ..о . 4 0

2 « 5 Систематизация продуктов переработки аллювия осооооооооооооооооооооооооооооооооооо 43

2„б Локализация законов распределения россыпного золота. Удельная поверхность„ 49

2.7 Использование кумулятивных кривых для

определения эффективности извлечения зоЛ О ТГ ¿Э. о вофоо нео«»«»« »« »«»*»вб>в»в»«<»в»воаво

ГЛАВА 3. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГИДРОПОДГОТОВКИ

ПРОДУКТИВНОЙ ГОРНОЙ МАССЫ

3.1 Математическая модель упаковки частиц пластинчатой формы. .....................

3.2 Дифференциальное уравнение термообработки связнодисперсных минералов. ..........

3.3 Обработка холодом окатышей глины,, содержащих вкрапления золота. ................

3.4 Оценка э фое кти вно сти диспергирования минерального сырья. .......................

ГЛАВА 4 . ЭКОЛОГО-ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

ОБОРОТНЫХ ВОД

4.1 Анализ роста концентраций вредных примесей в системах оборотного водоснабжения промывочных приборов...................... 97

4.2 Математическая модель определения коэффициента очистки оборотной воды от взве-

4.3 Дифференциальное уравнение квазигидро-статистики. Выбор формы резервуара для очистки оборотных вод сорбентами. ....... 101

ГЛАВА 5 о РАЗВИТИЕ ОСНОВ ТЕОРИИ ВЗВЕСЕНЕСУЩИХ ПОТОКОВ

ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ ОБОГАЩЕНИЯ НА ШЛЮЗАХ И ОХРАНЫ ГИДРОСФЕРЫ

5о1 О работе взвешивания для негоризонтальных ПОТОКОВо о о о о о о о о о о о о о = = о о о = о = о о = = = о о о 107

5 = 2 Дезинтегрирующая и диспергирующая спо-

собность взвесенесущего потока= Учет

Энергозатрато о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о 111

503 Первая критическая скорость взвесенесущего ПОТОКа о ооооооооооооооооооооооооооооо 127

504 Вторая критическая скорость взвесенесущего ПОТОКа о „ооооооооооооооооооооооооооо 134

ГЛАВА б о ТЕОРИЯ ОТСАДКИ ГИДРОМИНЕРАЛЬНОЙ СМЕСИ

МАШИНАМИ ОМТ И РЕАЛИЗАЦИЯ ЕЁ ПОЛОЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭВМ

бо1 Замкнутая система уравнений отсадки машинами ОМТ о »ооооооооооооооооооооооооооооо 143

6=2 Определение конструктивных и эксплуатационных параметров машин= о=оооо=ооооооо=о 149 боЗ Влияние загрязнения ценных зерен на параметры машин при неизменном извлечении (прямая задача) о = = = = = = = „ = = = о = = = » = о = » = = » = = 167

6 о 4 Влияние загрязнения ценных зерен на из-

влечение при неизменных параметрах машин

(обратная задача) О ООООООООООООООООООООООО 171

ГЛАВА 7. СОЗДАНИЕ ИНЖЕНЕРНОГО МЕТОДА РАСЧЕТА

ЭРЛИФТНОГО ГИДРОМИНЕРАЛ03АБ0РА ПРИ ДРАЖНОЙ

РАЗРАБОТКЕ ГЛУБОКОЗАЛЕГАЮЩИХ РОССЫПЕЙ

7.1 Дифференциальное уравнение многокомпонентных потоков. .......................

7.2 Уравнение восходящих многокомпонентных ГТ О? СЗ ЬС О В е Рвв0»0®в1»0в>вв®Е'0в0в®&С10® № • Ф « В< « •

7.3 Частные решения дифференциального уравнения многокомпонентных потоков. .......

7.4 Исследование возможности упрощения уравнения восходящих многокомпонентных пото-

7.5

7.6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ . ЛИТЕРАТУРА , ПРИЛОЖЕНИЯ .

Оптимальные условия эрлифтного гидроми-

Irl jO <3. Л О -3 ¿El СЗ О OL >w «»«■»«»«(■«»««tea'DsBooeoüre««!

Полуэмпирические характеристики

-«3 JT J^ Т7 О « « й л ® о а ш е> ® ш <л ее n ® ее ® ® о в о е ® <в tt в э в

178

182

185

. 186

. 189

. 194 . 196

. 200 е 9

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работки Гидроминералоподготовка как составная часть современного производства добычи ценных компонентов россыпей не может существовать без развитой научной базы, воплощающей достижения гидромеханики, математической статистики, коллоидной химии, гранулометрии геоматериалов и т„д„ Только при наличии указанной базы может быть выполнена оценка экономической эффективности процесса обогащения, с учетом ущерба, наносимого водным и земельным ресурсам, начиная с проектирования систем гидроминералоза-бора, транспорта, восстановления техногенного ландшафта классификации, осадительных машин, аппаратов, и кончая непосредственно извлечением»

Соединение на стадии расчета конструктивных и эксплуатационных параметров машин с характеристиками ценного материала,, такими, как содержание в аллювии,, распределения количества частиц по размерам^ их форма и тод0 оказывается плодотворным, так как позволяет составить прогноз извлечения и потерь, рассчитать затраты на создание оборудования и производство работ, в том числе рекультивации нарушенных земель, связанных с гидроподготовкой продуктивной горной массыо

Раскрываемая в работе проблема возникает, когда перед проектировщиками встает вопрос о выборе модального размера ценных частиц, при проектировании систем обогащения, и минимального размера частиц вредных примесей^ при проектировании систем очистки оборотной воды, которые должны быть приняты как константы расчета»

Практически даже для одного и того же месторождения или процесса величина относительного веса сростка модаль-

ного размера претерпевает изменение - варьирует, вызывая необходимость создания наукоемких локальных технологий» Это объясняется тем, что, несмотря на предварительную подготовку к обогащению, нельзя обеспечить достаточно высокую надежность чистоты материала, особенно при разработке россыпей, содержащих повышенное количество глин» Всегда будет иметь место остаточная примесь, прямо связанная с качеством природного сырья или минералоподготовкио

Сложность и многообразие физических явлений сопровождающих процессы гравитационного обогащения ценных компонентов россыпей и кондиционирования оборотных вод, создают трудности, которые в настоящей работе решаются с помощью полуэмпирических теорий, опирающиеся на эксперимент и корректные математические преобразования»

Вовлечение в хозяйственный оборот россыпных месторождений с большим содержанием глин, представляющих природ-но-техногенные дисперсные системы характеризующиеся развитой удельной поверхностью, вызывает необходимость пересмотра норм ПДК в воде слива из прудов отстойников»

Для оценки ущерба наносимого водным ресурсам в диссертации сделан акцент на углубление представлений о вещественном составе металлосодержащих минеральных систем, физических характеристик совокупности частиц - пористость, просветность, радиус пор и упаковка, т»к» последние определяют условия минералоподготовки и кондиционирования оборотных вод, оптимальной укладки отработанной горной массы, а сама гидроминералоподготовка и сопровождающие её процессы рассматриваются в диссертации с позиций коллоидной химии и математической статистики»

В результате исследований решена научная проблема по созданию теоретических основ гидроминералоподготовки при экологически безопасном освоении россыпных месторождений

благородных металлов, имеющая одновременно большое народнохозяйственное значение»

Диссертация выполнена в соответствии с проблемой Российской Академии наук 12 »9 на 1991-95 гг» «Разработка месторождений и обогащение полезных ископаемых»„ №№ Государственной регистрации НИР; 01870076608, 01810038371, 01828032138»

Целью работы является создание научных основ процессов подготовки и первичной переработки минерального сырья для нетрадиционных технологий добычи благородных металлов из труднообогатимых песков, обеспечивающих экологизацию и ресурсосбережение при производстве горных работ»

Идея работы заключается в том, что создание научных основ совершенствования процессов минералоподготовки и кондиционирования оборотных вод достигается путем углубления представлений о вещественных характеристиках гидрати-рованного аллювия и физических процессах, протекающих в системе ^ресурс - технология".

Объекты исследований о Объектами исследований явились осадочные породы аллювиальных россыпей, а также процессы гидротранспорта, намыва ценных компонентов на ложе потока и улавливания вредных примесей»

Методы исследований о В качестве основных методов исследований вещественного состава минеральных объектов использовались методы коллоидной химии и математической статистики» Так, например, при обработке данных пассивного ВВЕДЕНИЕ 9

эксперимента по гранулометрии дисперсного золота использовался регрессионный анализ с одновременной проверкой статистических гипотез, а при определении удельной поверхности обсчет гистограмм»

Изучение процессов осаждения и улавливания твердых частиц осуществлялось широкоизвестными в классической гидравлике методами - методом Лагранжа и методом Эйлера» Кроме экспериментальных методов исследований использовался метод численного моделирования на ЭВМ ЕС»

Научная новизна» Впервые в целях классификации гистограмм природно-техногенных дисперсных систем, на примере золота и вмещающих золото пород, предложено понятие безразмерной крупности частиц о При этом максимальная крупность отвечает количеству классов частиц»

В результате регрессионной обработки банка гистограмм обобщены и систематизированы гранулометрические характеристики продуктов переработки аллювия»

Показано, что гранулометрические характеристики золота зависят от протяженности россыпей» Получены количественные выражения закона распределения порошка золота для оголовка россыпи, ее концевой и промежуточных частей»

Предложены критерии оценки обогатимости песков содержащих драгоценные минералы - степень загрязнения сростка примесью и коэффициент удельной поверхности свободно-дисперсной системы»

Установлены количественные связи между средними параметрами взвесенесущих потоков и их дезинтегрирующей и диспергирующей способностью»

Предложены понятия первой и второй критической скоростей взвесенесущих потоков и доказано, что концепция гидравлической крупности не приемлема при расчете парамет-

ров процесса обогащения песков на шлюзах^ процессов миграции и концентрации вредных частиц во впадинах природного ландшафта„

Впервые для условий Дальнего Востока обоснована необходимость создания,, в процессе проведения рекультивации в местах открытых работ, резерватов для привлечения животного населения и пылевых ловушек^, за счет распределения по поверхности почвы крупно обломочного материала о

Сформулирована замкнутая система уравнений расчета конструктивных и эксплуатационных параметров машин ОМТ „ Предложены дифференциальные уравнения квазигидростатики, математическая модель декрипитации^ инженерная методика расчёта эрлифтного гидроминералозабора„

Для очистки оборотной воды от взвесей и нефтепродуктов разработана новая конструкция намывного фильтра и технология гидрофобизации порошка перлита селиконовым маслом»

Защищаемые научные положения„ 1о Ресурсосбережение и экологические нормы могут быть обеспечены совершенными процессами и новыми технологиями^ основанными на знании удельной поверхности дисперсных систем,, которая определяет обогатимость метал-лосодержащих песков, кондиционирование оборотных вод и характеризует реакционную способность вредных гидрати-рованных примесей о 2 о Применительно к процессам минералоподготовки^ запыле-ния суши и водоемов концепция двух критических скоростей взвесенесущих потоков^ в отличие от концепции критической скорости^ является исчерпывающей и в качестве составного элемента содержит концепцию гидравлической крупности о ВВЕДЕНИЕ 11

Зо Управление системой "ресурс - технология" достигается при наличии таких средств^ как полуэмпирические модели дезинтеграции^ декрипитации,. квазигидростатики сорбента , отсадки и эрлифтного гидроминералозаборао

Реализация исследований„ Замкнутая система уравнений отсадки рекомендована как методическое руководство по моделированию на ЭВМ работы машин ОМТ с целью выявления поведения конструктивных и эксплуатационных параметров в зависимости от степени загрязнения самородного золота различными примесями о

Установленные качественно-количественные характеристики дезинтегрирующей способности взвесенесущих потоков позволяют составить прогноз подготовки к обогащению россыпного минерального сырья при его разработке и доставке к шлюзовым аппаратам и отсадочным машинам^ попутно решить вопрос снижения негативного воздействия слива оборотной воды прудов отстойников на окружающую среду«

Результаты регрессионной обработки банка гранулометрических характеристик золота аллювиальных россыпей Верхнего Приамурья могут быть использованы в процессе геологической разведки источников золоторудной формации^ оценки промышленных запасов золота техногенных россыпей без геологической разведки^ и создания технологических схем обогащения при локальной отработке россыпей„

Предлагаемая математическая модель аналитического определения удельной поверхности свободнодисперсных минеральных систем расширяет возможности гранулометрии и во многих случаях заменяет дорогостоящий эксперимент„

Разработанная методика инженерного расчета работы эрлифтных установок в оптимальных условиях рекомендуется ВВЕДЕНИЕ 12

для практического использования при дражной разработке высокоглинистых глубокозалегающих россыпей„

Основные результаты исследований внедрены при разработке отсадочных машин ОМТ-11-800 ИГД ДВО АН СССР и установки для обогащения хвостов промприбора ПГШ-11-50 Херпу-чинского прииска, линии подачи гидросмеси на склад АООТ «Хабаровский завод силикатного кирпича», включены в учебный процесс Дальневосточной Государственной академии путей сообщения, Хабаровского Государственного технического университета, используются в научно-исследовательских работах Института материаловедения ДВО РАН„

Апробация работыо Материалы диссертационной работы обсуждались на зональном семинаре Всесоюзной межотраслевой секции гидромеханизации при ЦП НТГО ^Опыт производства земляных, горных и дноуглубительных работ способом гидромеханизации в Сибири"'' (1973), семинаре Управления отраслевого машиностроения, Специального конструкторского бюро горно-обогатительного оборудования ЦНИИЦветмет экономики и информации "Разработка нового и совершенствование серийно выпускаемого гравитационного оборудования (1989); на III Региональной научно-практической конференции ^'Пути улучшения работы сооружений водоснабжения и водоотведения Дальнего Востока'5 (1989); на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ХабПИ (1970... 1981) ; на ежегодных семинарах и научно-технических советах ИГД ДВО РАН (1984...1998) „

Личный вклад автора„ В диссертации изложены результаты исследований, которые автор выполнил непосредственно сам, в том числе о

- анализ современного состояния проблемы;

- идея и направленность работы, постановка задач исследования, методология их решения;

- формирование и обобщение банка данных экспериментальных и натурных исследований;

формулировка основных закономерностей процессов гидроминералоподготовки, обоснование критериев, концепций, физических и математических моделей;

- участие в проектировании и разработке рекомендаций по использованию машины ОМТ-11-800, промприбора ПГШ-11-50 и линии подачи гидросмеси на склад АООТ «Хабаровский завод силикатного кирпича»»

В проведении исследований принимали участие аспиранты и соискатели А»Г»Косяч

Информация о работе

Бойко, Валентин Федорович
доктора технических наук
Хабаровск, 1998
ВАК 11.00.11

Диссертация

Теоретические основы экологизации и ресурсосбережения при освоении труднообогатимых россыпей золота - тема диссертации по географии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы