автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Исследование и разработка многопродуктового радиометрического сепаратора

г г ь 0 й-

я ... о -.игЛ '

Министерство образования Украины

КРИВОРОЖСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

У

На правах рукописи

ЦЫБУЛЕВСКИЙ Юрий Евгеньевич

УДК 622.765 (008.8), 539.1.074 (088.8)

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МНОГОПРОДУКТОВОГО РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО СЕПАРАТОРА

Специальность: 05.15.08 - Обогащение полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кривой Рог-1995

Работа выполнена в Криворожском техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук

Официальные оппоненты :

доктор технических наук профессор

кандидат технических наук,

профессор Харламов B.C.

Ведущая организация институт "Механобрчермет", город Кривой Рог

Защита состоится " iO - __ь^ссрт¿l__1995г. в час.

на заседании специализированного ученого совета К. 16.01.01

Криворожского технического университета по адресу: 324027 г.Кривой Рог.ул.ХХП Партсъезда,II

Азарян А.А.

Марюта А.Н.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Криворожского технического университета по адресу: 324002,г.Кривой Рог,ул.Пушкина,37

Автореферат разослан" _1995г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент . '/ у А Г-.Г.Горбаче

' /

ОБДАЛ ХАРМСГЕШСТШ РАБОТЫ

Актуальность теш. Интенсивная разработка месторождений полезных ископаемых приводит к снижению содержания полезных компонентов в добытой руде. Особую трудность представляет обогащение комплексных руд, когда для каждого компонента требуется специальная технология. Значительно облегчает процесс обогащения комплексных руд применение радиометрических сепараторов, с помощью которых можно повысить концентрацию полезных компонентов за счёт отделения породных кусков.Кроме того радиометрические сепараторы моано применять для выделения богатых концентратов или для разделения руды на технологические сорта. Однако для каждого разделительного параметра требуется дополнительный сепаратор или его переналадка.

Одним из направлений повышения эффективности разделения является разработка многопродуктовых радиометрических сепараторов, которые могли бы обеспечить выделение нескольких продуктов за один технологический цикл.

По этому направлению известны работы Броницкого В.М., Горшкова А.И. (1978г.) и Балдона С.А..Миронова И.И.(1986г.).

Одним из направлений повышения эффективности разделения является совершенствование схемы управления сепаратором, методов регистрации излучений, компоновки узлов.

Разработке многопродуктоаого сепаратора должно предшествовать изучение физико-химических свойств конкретных комплексных руд, дня которых он предназначен.

В качестве сырья выбрана барит-кальцитовая руда Чордского месторождения (Грузия). Производство баритового концентрата

в бывшем СССР не могло удовлетворить всё возраставшие потребности промышленности. Барит импортировался из Югославии, Румынии, Кореи и Таиланда.

За пять лет потребность в баритовом концентрате возросла в два раза. При больших разведанных запасах барит-содераащие , руда используются недостаточно: месторождения мономннеральшвс руд использовались на 6,2 %, а месторождения сульфидно-баритовых руд - на 61,6 %.

Отделение породных кусков и кальцита с помощью радиометрического сепаратора позволит повысить качество баритового концентрата, а также .выделить куски для получения кальцитово-го концентрата, служащего наполнителем при изготвлении красителей.

Цель работы - повышение эффективности добычи и переработки барит-кальцитовой руды и расширение сырьевой базы горнохимических предприятий путем предварительного разделения руды текущей добычи на технологические сорта.

Осношая идея работы заключается в использовании эффектов взаимодействия электромагнитного излучения оптического диапазона с горными породами и обеспечения соответствия между регистрируемым потоком вторичного излучения и физико-химическими свойствами.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач применена комплексная методика, в основу которой положены аналитические, физические,технологические, технико-экономические и статистические исследования.

Проверка результатов теоретических исследований проводилась экспериментально в лабораторных и полупромышленных условиях.

Основные научные положения к юс новизна

I. Повышение эффективности переработки барит-калыщиовых руд и расширение сырьевой базы горнохишческих предприятий достигается путем разработка устройства контроля и управления для комплексных методов обогащения.

2. Создание такого устройства возможно на базе учёта закономерностей, определяющие взаимосвязи физико-хишческих свойств барит-кальцитовой руда с эффектами взаимодействия электромагнитных излучений оптического. диапазона.

3. Оптимальные режимы управления комплексными методами обогащения должны определяться на базе оптических методов с учётом юс основных параметров и физико-технических показателей горной массы.

4. Предварительное обогащение барит-кальцит обой руды достигается использованием различных диапазонов оптического излучения с учётом оценки эффективности и точности разделения.

Научное значение работы заключается в разработке математических зависимостей параметров сканирования поверхности куска от статистического распределения минералов и обосновании схемы управления сепаратором (A.c. JS 1452626), а также зависимости конструкции логического устройства и исполнительного механизма от спектральных характеристик и класса крупности исходного сырья. CA.с. J& 723829, 1480300).

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждены результатам исследований с использованием методов классической физики, а также лабораторными, полупромышленными испытаниями и катемати ческой обработкой экспериментальных данных,определенных на 3EW.

Объём экспериментальных данных определён из условия обеспечения полной надёжности результатов экспериментов.

Вывода и рекомендации основываются на испытаниях и технико-экономических расчётах.

Практическое значение работы состоит в том, что разработаны технические решения сникающие затраты на радиометрическое обогащение барит-кальцитовых руд. Замена механической системы на электронную схему сканирования поверхности куска повышает надёжность радиометрического сепаратора. Уменьшение количества исполнительных механизмов без потери производительности сепаратора сникает затраты на изготовление и повышает надёжность его работы.

Реализация работы.

На основании полученных закономерностей зависимости физических свойств барит-кальцитовой руды от содержания полезных компонентов разработан алгоритм работы радиометрического се- ■ паратора. Функциональная схема блока управления и конструкция исполнительного механизма шогопродуктового сепаратора просты в изготовлении и могут быть смонтированы на существующих устройствах покусковой подачи материала.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы долокены и обсуздены на научно-технических конференциях и семинарах, в том числе:

- на всесоюзном научно-техническом семинаре "Электронные методы обогащения"/г.Москва, 1978г.).

- на всесоюзном семинаре по обмену опытом применения элект-. ронных методов обогащения руд/г.Москва,1985г./.

- на восьмой всесоюзно! научной конференции в.узов "Комплексные исследования физических свойств горных пород и процессов". Секция I. Комплексное изучение физических свойств горных по-род./г.Уосква, 1984г./.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 19 работ, в том числе получено 8 авторских свидетельств.

Структура и объём работы. Диссертация представлена на 115 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованных источников из 79 наименований, 25 рисунков, 12 таблиц и 4-х приложений на 20 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕШШЕ РАБОТЫ

Вопросам радиометрического обогащения руд посвящены работы Мокроусова В.А.Датарникова А.П.,Лилеева В.А.

В Криворожском горнорудном институте в разработку методов радиометрического обогащения внесли свой вклад Малахов Г.М., Файнштепн Э.Г., Харламов B.C.,Каварма И.И., Азарян A.A., Базаря В.И.,Касьян В.Т.

Одним из основных показателей эффективности разделения минералов является зависимость интенсивности проявления физических свойств минералов от концентрации полезных компонентов. Для удобства сравнения интенсивность проявления физических свойств яо отношению к различным видам излучений определена доя чистых минералов относительно стопроцентного содер-яания барита.

Физические свойства минералов до отношению к бета,гамма-

излучению, естественной радиоактивности, ультрафиолетовому, . видимому свету, электрическому и электромагнитному воздействию получены экспериментально.

Взаимодействие минералов с быстрыми и медленными нейтронами, активация, ядерные реакции, поглощение и рассеяние инфракрасного и радиоволнового излучения оценивались математическими методами, принятыми для оценки возможностей радиометрических методов.

Рассеяние и поглощение бега-,гамма-излучения исследовались

с помощью ампульных источников излучения изотопов талий-204,

я ч

америций-241, кобальт-57, цезий-137 активностью 10-10 -Беккерелей. Электрические свойтсва минералов исследовались по методикам, разработанным Московским горным институтом: ГОСТ 25494 и ГОСТ 25495-82.

Фотолюминесценция барита и кальцита исследовалась с помощью источников ультрафиолетового излучения 7Ф0-5 и ЛРК-4 с увиолевым светофильтром У<5С-3.

Для комплексного обогащения барит-кальцитовой руда выбраны наиболее контрастные метода: фотометрический и фотолюминесцентный.

Изучение горно-технологических свойств барит-кальцитовой руды показало, что её гранулометрический состав и контрастность перспективны для радиометрического обогащения.

Для определения необходимой спектральной чувствительности приёмников излучения была исследована зависимость отражательной способности минералов от длины волны первичного источника видимого светового излучения, которая приведена в табл. I. /

Таблица I

Экспериментальная зависимость отражательной способности минералов от длины волны

Минерал! ( Д )

¡Коэффициент ¡корреляции

I.Белый барит ^ =80 - 7730-е364'10 кальцит

2.Розовый ба- ^ т та тп-2

ри. ^г=бб - ззп-е^'

3. Пирит = 0,008Д + 26,

67

0,892

0,861 0,834

Б результате анализа работы фотометрического блока управления установлена зависимость величины тока фотоприёмников от концентрации минералов и геометрии измерений:

- для белого барита

I}2- (0,32 + 0,18 р^ ) К, = К (1 " 0.375^ ) ;

- для розового барита

/фг (0,32 + 0,08 аСг )

Зг = К ' (I _ 0,375 сЦ ) ;

- для кальцита

^г (0,32 - 0,43 сА )

^ = К ' (I - 0,04 оЦ ) ;

где К; - коэффициент пропорциональности; £) - размер детектируемого участка; - расстояние от фотопрнёшика до поверхности куска; сС - концентрация минерала.

Анализ работы существующих конструкций позволил разработать алгоритм работы и конструкции блока управления фогометри-

ческим сепаратором, которые приведены на Рис.1,2.

Статистическое распределение минералов и корреляция между содержанием барита и кальцита были использованы доя разработки параметров схемы сканирования.

Параметры сканирования поверхности куска, обусловленные вариацией содержания и размерами вкраплений полезных компонентов на одан-два порядка шве тех, которые могут обеспечить элементы входящие в блок управления фотометрическим сепаратором.

Фотолшлнесцентный метод обеспечивает высокий коэффициент выхода по сравнению с рентгеновским методом возбуждения люминесценции кальцита.

Для комплексного обогащения барит-кальцитов ой руды необхо димо разработать схему логического устройства, которое на основании комбинации сигналов, поступающих на её входы с фотометрического и фотолюминесцентного блоков управления, осуществляет разделение исходного класса -150-1-50 мм на четыре продукта обогащения. Режим работы логического устройства определяется двумерным графиком свойств бариг-кальцитовой руды,который приведен на Рис.3. На ось абсцисс нанесён сигнал, поступающий с выхода дискриминатора фотометрического блока, а на ось ординат сигнал - с выхода дискриминатора фотолюминесцентного блока. Первый квадрант двумерного графлю свойств минералов соответствует промежуточному продукту обогащения, который хорошо люминесцирует, но обладает низким коэффициентом отражения, то есть кальциту разубоженяому темноцветными породами. Второй квадрант соответствует кальциевому концентрату, который интенсивно люминесцирует и обладает высокой от-

Рис. I. Алгоритм работы фотометрического блока управления радиометрическим сепаратором

24 Содигобый ^р^гссст/о

гтц

Оонобиора-

тор

З^/ълор: заоержхи

1

зь

и

гз

Усилип%

Г~"

Ч-

30

26

ГГЦ

1 23...16

III II' 111

^¿'четчи/с

)С# м/иу татар

/в

¿гомпаратор рАухпоулогобыи

27

и

28

и

Й 1 5 Я | 3

¿чег</с/к< 20, С'четчи,V

ь

22 £> -ЛСК ¿'равнения

I

21 ёчетчия

С IV 32 14 8 4 2 1

J III11 I

1 л®

Рис. 2- функциональная схема фотометрического блока управления фотометрическим сепаратором (А*с. № 1452626)

У

/ 0,1 а и

/у 0,0 м 1,0

О X

Рис. 3. Двумерная матрица работы логического устройства

Таблица 2

Резельтаты радиометрического обогащения барит-кальцитовой

руды

Продукт 1 Вых°Д ' Содержание, % I Извлечение, %

! % 1 барит I кальцит ! барит ! кальцит

Баритовый концентрат 42,3 85 5,46 63 19,25

Промпродукт 32,8 44,47 13,31 28,57 36,38

Кальцитовый

концентрат 6,8 12,03 46,4 1,43 26,29

Хвосты 19,17 21,14 11,33 7,11 18,1 Исходный нласс

-150 + 50 мм 100 5712'00 100>° Ю0.0.

ражательной способностью. Третий квадрант соответствует богатому баритовому концентрату, который обладает высокой отражательной способностью и слабой люминесценцией. Четвертый квадрант соответствует отвальному продукту, отражательная и люминесцентная способность которого ниже заданного порогового значения.

Наш; разработано устройство последовательного действия реализующее заданный алгоритм работы логических элементов, которое показано на Рис.4. Для этого используется два логических элемента "Запрет", включённых в противогазе и элемент

II И

В настоящее время отечественная промышленность выпускает дешифраторы К561 К01, которые могут заменить три логических элемента.

Устройство, показанное на Рис.4, предназначено для обот-гащения крупнокусоквых комплексных руд. Однако такие устройства не пригодны для обогащения более мелких классов.Недостатком шиберных исполнительных механизмов является низкое быстродействие, большая металлоёмкость, пониженная надежность из-за наличия кинематических узлов в точках подвеса и присоединения привода.

Г ораздо большую производительность обеспечивают пневмо-клапаны с электромагнитным управлением, которые ударом воздушной струи отклоняют куски в заданный приёмный бункер. Все известные устройства для многокомпонентной сортировки при разделении исходного материала на " П- " классов содержат

■1

/V = П. - I датчиков и исполнительных элементов, на один канал

Рис. 5. функциональная схема сортирующего устройства параллельного действия ( A.c. J,"» 1430300)

Для обогащения класса -100+25 мм нами разработан ис-полинительный механизм, в котором количество пневмоклапанов в каздом канале на один меньше, чем в известных устройствах. Кроме того компоновка элементов разделительного механизма обеспечивает его работу без логического устройства.

Функциональная схема радиометрического сепаратора для комплексного обогащения руда масса - 100 +25 мм приведена на Рис.5.

Алгоритм работы исполнительного механизма для мелких классов полностью совпадает с тем, который был разработан для обогащения класса - 150+50 мм.

При срабатывании фотометрического блока управления 4 включается исполнительный механизм S и кусок отклоняется в бункер 10. При срабатывании фоголюминесцентного блока управления 5 включается исполнительный механизм 7 и кусок отклоняется в бункер 9. Если срабатывают и фотометрический 4 и фотолюминесцентный 5 блоки управления, то одновременно включаются пневмоклапаны 6,7 и, под действием равнодействующей, кусок отклоняется в бункер II.

При прохождении некондиционного куста блоки управления не срабатывают и он по инерции попадает в бункер 8. Геометрические размеры приёмных бункеров и скорость подачи материала поступающего на сепарации являются параметрами связанными с размерами куста. Углы мезду проекциями траекторий кусков на горизонтальную плоскость являются функцией от размера куска и определяются по формуле

где - ширина канала по которому транспортируются куски,

с!^- максимальный размер кусков.

Направление импульса силы исполнительного механизма при сортировке кускового материала

где У0 - скорость транспортирования кускового материала,которая не явным образом (через производительность) связана с крупностью материала, V,,- горизонтальные составляющие скоростей необходимых и достаточных для того чтобы куски попали в предназначенные для них бункера ; ^ -угол,конструктивный параметр зависящий от геометрических размеров куска.

Сила действия воздушной струи пневмоклапана воздействующего на кусок определяется по формуле:

Г = Ч '

t^S¡^^G

где т - усредненная масса куска, 1: - длительность действия воздушного импульса исполнительного механизма на кусок при его удалении из общего потока; - конструктивные па-

раметры соответствующие углам мезду проекциями на горизонтальную плоскость векторов направления кусков и импульсов силы исполнительного механизма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации излокены научно-обоснованные технические решения, внедрение которых внесет вклад в развитие методов фотометрического обогащения, заключающийся в исследовании,разработке и научном обосновании закономерностей работы блока управления, логического устройства и исполнительного механизма

в обосновании алгоритма работы фотометрического блока управления, создании методов расчёта схемы электронного сканирования поверхности кусков, разработке математической модели исполнительного механизма, позволяющим обеспечить снижение затрат на изготовление фотометрических сепараторов, упростить конструкцию, повысить надёжность их работы, снизить затраты на комплексное обогащение барит-кальцитовой руды.

Основные выводы по работе сводится к следующему:

1. Установлены основные закономерности определяющие взаимосвязь интенсивности вторичного оптического излучения с физико-химическими свойствами руды.

2. Исследование статистического распределения минералов, их спектральных характеристик, доказали возможность комплексного обогащения барит-кальцитовых руд фотометрическими методами.

3. Разработана методика расчёта тога фоточувствительных датчиков от содержания светлых минералов и геометрии измерений.

4. Разработан алгоритм работы фотометрического блока управления и схема электронного сканирования поверхности куска (A.c. J3 1452626).

5. Разработано логическое устройство для управления комп-' лексным обогащением барит-кальцит овой руды (A.c. jf/723829).

6. Разработана конструкция исполнительного механизма для класса - 100 + 25 мы, математическая модель которого позволяет расчитать параметры при изменении крупности и скорости подычи сырья (A.c. ;s 1430300).

7. Расчётный экономический эффект от внедрения фотометрического обогащения барит-калъцитовой руды Чордского месторождения составляет более 400 тысяч рублей, в год, 1990г.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Малахов Г.Г.1.,Соцкий А.Р., Цыбулевский Ю.Е..Рыбалко В.А. Методика выбора радиоактивного источника для автоматической сортировки руд чёрных металлов: Разработка рудных месторождений. Вып.13, К.:-1Э72 - 42 с.

2. Соцкий А.Р..Цыбулевский D.S..Василенко В.Е. Фотометрическая сепарация баритовых руд Чордского месторождения //Цветные металлы - 1976 -Ш7 - 81 с.

3. Соцкий А.Р..Цыбулевский Ю.Е. .Василенко В.Е. Исследование цветовых характеристик чордских баритов //Цветные мЕталлы -1978- m & 81с.

4. Соцкий А.Р..Цыбулевский И.2..Василенко В.Е. Электронная сортировка барит-кальцитобых руд //Всесоюзный научно-технический семинар "Электронные метода обогащения V Тез.доклада, U./ 1978- 64-66 с.

5. Соцкий А.Р. .Цыбулевский Ю.Е. .Василенко В.Е. Радиометрическое обогащение барит-кальцитовых руд //Цветные металлы -1979 - Ш - 98 с.

6. Соцкий А.Р. .Цыбулевский Ю.Е. .Василенко В.Е. Устройство для многокомпонентной радиометрической сепарации минерального сырья //Цветные металлы -1979- JS - 99-100 с.

7. Цыбулевский Ю.Е. Исследование физических свойств барит-кальцит овых руд //Комплексные исследования физических свойств горных пород и процессов.Тездокл.Всесозн.научн.конф.М.-1984-17с.

8. Старчик Л.П..Цыбулевский Ю.Е. Фотометрическое обогащение барита //Всесознш семинар по обмену опытом применение электронных методов обогащения руд. Тез.докл.M.-I985 -93 с.

9.Старчик Л.П..Цыбулевский Ю.ЕЛюминесцентное обогащение кальцита //Всесозн.семинар по обмену опытом применения электронных методов обогащения руд. Тез.докл. M.-I985 - 98 с.

10. Старчик Л.П..Цыбулевский Ю.Е.Унификация техники эксперимента для радиометрического обогащения ¡/Шъ.вузов.Цветная металлургия.Ордаоникидзе СО АССР.1986.-JE6 * 19 с.

11.Старчик Л.П.,Цыбулевский Ю.Е. Комплексная радиометрическая сепарация барит-кальцитовых руд оптическими мегодами/Д1зв. вузов.Цветная металлургия.Владикавказ. 1991 - № 4 -8с.

12. A.c. JS 723829, СССР , ГЛки БОЗВ 13/06. Устройство для многокомпонентной радиометрической сортировки кускового минерального сырья/А.Р.Соцкий, Цыбулевский Ю.Е. »В.Е.Васпленко (не подлежит опублинованию в открытой печати).

13.A.C.Jä 879867 СССР, Мки В07С 5/346. Устройство для автоматического управления процессом покусковой сортировки минерального сырья /А.Р.Соцкий, Ю.Е.Цыбулевский, В.Е.Василенко (не подлежит опубликованию в открытой печати).

14. A.c. j'5I309388 СССР, Ыки ВОЗВ 13/06, Устройство для настройки пороговой схемы радиометрического сепаратора /Старчик Л. Цыбулевский Ю.Е. (не подлежит опубликованию в открытой печати).

15.А.с. JS 1452626 СССР, Мки В07В 13/18. Устройство для автоматического управления процессом покусковой сортировки минерального сырья /Л.П.Старчик, Ю.Е.Цыбулевский .В.Т.Трусий , И.П.Сёмин, Ш.- 1989,-j'S 3.

16. A.c. № 1480300 СССР , Мки В07С 13/18. Устройство для автоматической с.ортировки кускового минерального сырья //Л.П. Старчик, Ю.Е.Цыбулевский, Трусий В.Т., Ронаес Ю.Н.Сне подле-яит опубликованию в открытой печати).

17. I.e. № 1639744 СССР, Мки БОЗВ 13/02.Устройство управления4 сортировкой /Д.П.Старчик, Ю.З.Цыбулевский.Трусий'В.Т., Рошсес Ю.Н. - Ш, - ИЗ,- 1991.

, 18. A.c. Jb 1738392 СССР, Мки В07С 5-34. Устройство дая поисковой сортировки карбонатсодеркащих руд //Старчик Я.П., Цы-булевекдй Ю.Е.,Трусий В.Т. .Гопкало Б.Н. - Ш.-Ш.- 1992. 19. A.c. 1787585 СССР, Ыки В07С 5/34. Способ выделения кар-бонатсодеркащих кусков руды // Л.П.Старчик, Ю.Е.Цыбулевский, Трусий В.Т..Гопкало Б.Н.// _ ЕИ.- Я 2.- 1993 г.

Tsibulevski J.E. Investigation ancf elaboration of-■■ many-produkts radiometric separator.

Dissertation -for con-ferment of a degree of a Master o-f Bciensie (Engineering) /manuscript/ on Speciality 05.15.OS — ore-dressing, Krivoy Rog Technical University, Krivoy Rog, 1995.

19 scienti-fic works (8-inventor' s serti f i cates) which contain theoretical investigations of the dependence o-f photoelectric scanning parameters of the mineral pieces surface, scheme of the control block, and executive mechanism structure the radiometric seoarator on physical and chemical properties of minerals and also results experimental investigation®.

The sorting of barite-calcite ores hag already been realized using two parameters on four products.

Цьйулевокий Ю.Е. Исследование и разработка многопродуктового радиометрического сепаратора.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук (рукопись) по специальности 05.15.08 -обогащение полезных ископаемых,Криворожский технический университет,1995.

Защищается 19 научных работ (8 авторских свидетельств), которые содержат теоретические исследования зависимости параметров сканирования поверхности кусков,схемы блока управления и конструкции исполнительного механизма радиометрического сепаратора от физико-химических свойств минералов, а также результаты экспериментальных исследований.

Осуществлено разделение барит-кальцитовой руды по двум параметрам на четыре продукта.

Ключов1 слова

барит-кальцитова руда,рад1ометричне збагачення,багатопро-дуктовий сепаратор.