автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Разработка экспрессного метода опробования асбестовых руд

/ / , / / .. / ..... •-"/

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГОРНО - ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

А

Киреева Татьяна Алексеевна

РАЗРАБОТКА ЭКСПРЕССНОГО МЕТОДА ОПРОБОВАНИЯ АСБЕСТОВЫХ РУД

Специальность 05.15.08— «Обогащение полезных ископаемых»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Козин В.З.

Екатеринбург - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ ........ 5

Глава! СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ . 8

1.1. Элементы теории опробования ..... 8

1.2. Опробование асбестовых руд . . . .17

1.3. Задачи исследования.......26

Глава II. ТЕОРИЯ ОПРОБОВАНИЯ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ

СО СЛОЖНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ... 28

2.1. Гранулометрический состав опробуемого продукта . 28

2.1.1. Математическое описание гранулометрического состава........28

2.1.2. Влияние вида и параметров распределения гранулометрического состава на формулу минимальной массы пробы . . . . .31

2.2. Массовая доля определяемого компонента ... 35

2.2.1. Зависимость массовой доли от класса крупности 35

2.2.2. Влияние функции массовой доли на формулу минимальной массы пробы . . . .38

2.3. Варианты формул минимальной массы пробы . . 40

2.4. Дисперсия покускового опробования для руд, состоящих из сростков........50

ВЫВОДЫ.........59

Глава III. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВИБРАЦИОННОГО ИСТИРА-

ТЕЛЯ - ПРОСЕИВАТЕЛЯ АСБЕСТОВОЙ РУДЫ . 61

3.1. Разработка принципиального решения . . .61

3.1.1. Основная задача конструирования . . .61

3.1.2. Устройство и принцип действия вибрационного истирателя.......62

3.1.3. Новое техническое решение . 65

3.2. Расчет минимальной массы пробы асбестовой руды . .........70

3.3. Расчеты основных размеров вибраторов . . 71

3.4. Расчеты рабочей площади и сектора установки сетки.......... 73

3.5. Устройство для проведения экспресс - анализа асбестовой руды.......78

ВЫВОДЫ.........81

Глава IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОПРОБОВАНИЯ АСБЕСТОВОЙ РУДЫ ... 83

4.1. Выбор критерия оценки качества лабораторных испытаний ...... .... 83

4.2. Разработка технологической схемы покускового исследования ..............87

4.3. Дисперсия покускового опробования .... 93

4.3.1. Назначение и методика получения функции . 93

4.3.2. Погрешность метода анализа .... 98

4.4. Зависимость массовой доли и дисперсии покускового опробования от крупности . . . . . .101

ВЫВОДЫ.........104

Глава V. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОЙ ДОЛИ ХРИЗОТИЛ-АСБЕСТА +0.5 мм В

РУДЕ..........106

5.1. Выбор режимов обработки асбестовых проб .106

5.2. Технологическая схема экспресс - анализа асбестовых проб..........115

5.3. Расчет погрешностей результатов опробования асбестовых руд.........123

5.3.1. Случайная погрешность.....123

5.3.2. Систематическая погрешность .... 127

ВЫВОДЫ.........130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........132

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......138

ПРИЛОЖЕНИЯ........150

ВВЕДЕНИЕ

В современных условиях опробованию как методу получения информации о свойствах перерабатываемых масс отводится особая роль в обогащении полезных ископаемых. Прогрессивное развитие техники и внедрение высокопроизводительного аналитического оборудования обусловили возможность оперативного использования данных анализа исходных проб для управления технологическим процессом и его оптимизации. В настоящее время на обогатительных фабриках более 30% всех видов анализа выполняется с помощью рентгеноспектральных анализаторов. Так, основанный на измерении флюоресцентного излучения пробы как характеристики массовой доли компонента рентгеновский флюоресцентный спектрометр СРМ-18 позволяет выполнять экспрессный многокомпонентный количественный анализ различных материалов рентгеноспектральным методом в диапазоне химических элементов от магния до урана с максимальной производительностью ( при работе с ЭВМ) 1000-2500 анализов в сутки /39/.

Проблема получения экспресс - информации о содержании хризотил-асбеста в исходной пробе обусловлена прежде всего специфическими особенностями асбестовой руды. Полезный минерал и вмещающая пустая порода асбестовой руды имеют практически одинаковый химический состав. Это свойство препятствует применению рентгеноспектрального метода и других высокопроизводительных ядерно-физических или химических способов определения массовой доли компонента в руде. Применяемый в настоящее время на асбестообогатительных фабриках механический метод анализа асбестовых проб не позволяет обеспечить потребителя оперативной информацией о качестве поступающей руды. Причиной этому являются характерные обосенности хризотил - асбеста. Волокнистое строение и свойство асбеста расщепляться на тончайшие эластичные волокна высокой механической прочности способствуют превращению агрегатов асбеста

в распушенное волокно большой удельной поверхности, обуславливающей высокую адсорбционную активность асбеста /78/. Эта особенность оказывает отрицательное воздействие на весь процесс механической обработки асбестовой руды. Дело в том, что выделяющаяся в результате измельчения - истирания кусков руды пыль, оседая на распушенную поверхность асбеста, легко впитывается им, существенно снижая качество получаемого концентрата. Поэтому задача получения очищенного асбеста требует разделения вскрытого асбестового волокна и образующихся мелких фракций породы, исключающего возможность адсорбирования.

Традиционный способ решения этой задачи заключается во введении в технологический процесс операций периодического удаления пылевидных частиц породы на механическом сите после каждой стадии измельчения и распушки. Причем работы выполняются вручную, привнося тем самым субъективный фактор в оценку качества асбестовых проб, а также повышая трудоемкость выполняемых операций. Продолжительность проведения анализа на содержание хризотил - асбеста в руде традиционным способом составляет 6 - 7 часов, что практически исключает возможность оперативного управления технологическим процессом.

Попытки решения проблемы опробования асбестовой руды затрагивали, в основном, лишь техническую сторону вопроса, оставляя без внимания теоретические аспекты проблемы. Большое значение для точности определения массовой доли компонента имеет представительность пробы. Существующая теоретическая база недостаточно развита и не в состоянии обеспечить опробователя совершенными формулами, позволяющими производить точные расчеты минимальной массы пробы, необходимой и достаточной для проведения анализа. Так, определение массы пробы асбестовой руды выполняется по формуле /61/, дающей высокую погрешность вычислений, приводя к завышению получаемых результатов. Это обстоятельство оказывает влияние на все последующие этапы опробования. Переработка проб

большой массы вовлекает в процесс крупногабаритные установки, повышает металлоемкость и энергоемкость используемого оборудования, увеличивает частоту технического обслуживания и усложняет технологическую схему исследования качественных характеристик асбестовых проб. Процесс в целом становится неэкономичным.

Предлагаемая диссертационная работа направлена на решение проблемы опробования асбестовых руд. На основе реально существующих закономерностей изменения массовой доли определяемого компонента от размера кусков и законов распределения гранулометрического состава опробуемого продукта получена формула минимальной массы пробы, позволяющая совершенствовать расчеты и решить вопрос о представительности пробы на анализ. Формула является универсальной и может быть использована практически для любого полезного ископаемого со сложными характеристиками.

Сформулирован принципиально новый подход к решению задачи разделения распушенных волокон и пылевидных частиц породы в процессе механической обработки асбестовой руды, основанный на различиях прочностных свойств полезного минерала и пустой породы.

На примерах опробования асбестовой руды Киембаевского месторождения реализованы пути экспрессного исследования технологических показателей обогатительного процесса и качественных характеристик асбестовых проб.

ГЛАВА1

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Элементы теории опробования

Теория опробования на современном этапе представляет собой науку, изучающую технологический процесс обработки и исследования проб из разведочных выработок или отбитых рудных масс для определения вещественного состава, качества, технологических или физико-технических свойств полезного ископаемого, иногда проводящийся геофизическими методами ( без отбора проб ).

Основные направления теоретических исследований сосредоточены, главным образом, вокруг фундаментального понятия минимальной массы пробы / 15, 26, 27, 39, 49, 88, 95, 100, 104, 105/.

Наиболее широкое распространение получила формула минимальной массы пробы

д = кс1а[ ,

где д - минимальная масса пробы; б/ - максимальный размер куска в пробе; щ - показатель степени; к - коэффициент.

Эта формула снискала признательность и в асбестообогатительной промышленности. Расчеты минимальной массы пробы для проведения анализа на содержание хризотил - асбеста в руде основаны на использовании данной формулы.

Однако, рассматриваемая формула минимальной массы пробы имеет существенный недостаток - скрытое использование допустимой погрешности анализа, ставившее под сомнение условия экспериментального определения коэффициентов к и а\. Это обстоятельство приводит к искажению получаемых

результатов, непосредственно влияющих на весь технологический процесс опробования. Так, расчеты минимальной массы пробы для оценки качества асбестовой руды, производимые по данной формуле, приводят к необоснованно завышенному значению минимальной массы, достигающему нескольких десятков килограммов, что вызывает неоправданные трудозатраты при обработке и исследовании таких проб и создание громоздких малопроизводительных устройств и сложных технологических схем опробования.

Основополагающая формула минимальной массы пробы, включающая в явном виде допустимую погрешность, принадлежит французскому ученому П.Жи /15/

где q - минимальная масса пробы; а - определяемое значение массовой доли;

Б - допустимое среднее квадратическое отклонение определяемого значения массовой доли а; / - коэффициент формы; е - коэффициент, связанный с гранулометрическим составом опробуемой массы; с - показатель, зависящий от минерального состава опробуемой массы; Ь - коэффициент, связанный с вкрапленностью опробуемого материала; б/тах - крупность опробуемого материала, равная размеру ячейки квадратного сита, через которое проходит 95% опробуемого материала.

П.Жи /15/ учитывает все этапы работы с пробой - отбор пробы, ее подготовку и анализ - и показывает, что в результате должна учитываться суммарная погрешность. П.Жи, по существу, сформулировал требование равно-представительности элементов опробуемого массива (потока). Однако, общей увязки погрешностей отбора, подготовки и анализа с параметрами опробования П.Жи не сделал. Нет также привязки этой формулы к условиям отбора и подготовки проб и выделения допустимой погрешности на каждом этапе, следовательно, эта формула может быть использована в

основном для общих соображений /39/.

Формула минимальной массы пробы Д.А.Краснова /49/ явилась важной теоретической основой, предопределившей развитие современной отечественной науки в области опробования,

ср

где д - минимальная масса пробы; с1ср - средний размер частиц в пробе; а -весовая доля рудных частиц; / - коэффициент вероятности; та - относительная допустимая погрешность.

Эта формула отражает все современные представления о выборе минимальной массы пробы, но введение понятия об условных "весовых" единицах привело к потере в расчетах такой величины как плотность руды или минерала (ршш рм).

Фомула минимальной массы пробы Д.А.Краснова /49/ пригодна лишь для вскрытых продуктов, в силу этого не получила практического использования.

В большинстве своем опробуемые продукты состоят из сростков, различных по крупности и по содержанию ценного компонента. Потребность расчетов минимальной массы пробы для таких руд привела к необходимости поиска новых, более совершенных и универсальных, решений.Обобщая наблюдаемые закономерности изменения минимальной массы пробы от свойств опробуемого продукта, В.З.Козин в своих теоретических работах / 39,41 / вводит понятие фундаментальной характеристики исследуемого массива - дисперсии покускового опробования ^ , функции размера кусков.

Для любого опробуемого материала можно выделить три зоны, в которых значения и свойства покусковой дисперсии ^ , различны, следовательно, различна и связь минимальной массы с размером кусков /39/.

В зоне дискретного закона распределения покусковая дисперсия максимальна и постоянна. Минимальная масса растет пропорционально массе куска, т.е. является функцией размера куска в третьей степени.

В зоне нормального закона, полагая, что отклонения в массовой доле компонента отдельных кусков больших размеров являются случайными, дисперсия покускового опробования изменяется обратно пропорционально массе куска, а минимальная масса пробы остается постоянной.

В переходной зоне, промежуточной между участками действия дискретного и нормального законов распределения, значение минимальной массы пробы предопределяется особенностями опробуемого продукта, в частности характером вкрапленности.

Любой опробуемый массив содержит куски разного размера и характеризуется плотностью распределения вероятности крупности со(йт). Учитывая это обстоятельство, В.З.Козин приходит к выводу основной формулы минимальной массы пробы в интегральной форме / 39,41 /

^тах

д = р / <13т{с1)<1(1,

О

где q - минимальная масса пробы; - дисперсия покускового опробования; Бдоп - допустимая погрешность отбора; р - плотность опробуемого материала; /- коэффициент формы; б/ - размер кусков; бо(с1) - плотность распределения вероятности крупности.

В.З.Козин выделяет следующие общие закономерности образования проб /39,41/:

- минимальная масса пробы для определения массовой доли компонента предопределяется дисперсией покускового опробования, допустимой погрешностью отбора и размером кусков, поступающих в пробу, в третьей степени;

- минимальная масса пробы для определения массовой доли компонента для неоднородного массива является функцией массы точечных проб,

дисперсии точечных проб и заданной погрешности опробования;

- минимальная масса пробы для определения гранулометрического состава является функцией содержания определяемого класса крупности, допустимой погрешности определения и максимального размера кусков в опробуемой массе.

Формула минимальной массы пробы / 39,41 / достаточно универсальна и может быть использована при расчетах практически для любого полезного ископаемого.

При выводе рабочей формулы, более простой и удобной в применении, В.З.Козин основывался на предположениях о равномерном законе распределения гранулометрического состава опробуемой массы co(d) = 1 / ¿/пи* , являющегося частным случаем степенного распределения, и постоянстве массовой доли определяемого компонента а = const для всего опробуемого материала

q = 2pdl S2k{d)lSln,

где Р - плотность руды; d - средний размер кусков опробуемой массы; Si (б/ покусковая дисперсия для кусков средней крупности d.

Наблюдаемые закономерности распределения гранулометрического состава опробуемого продукта заметно отличаются от степенного закона /1,2, И, 16, 46, 52, 57, 72, 84, 95, 98, 101 /.

Г.Мартин /57/, рассматривая смесь зерен, различающихся размером, массой, химическим составом, как статистическую совокупность, принял, что кривая плотности распределения числа зерен подчинена экспоненциальному закону

o)(d) = Ad3e~cd,

где А и с - параметры распределения.

Н.Хейвуд /101/, повышая точность уравнения Г.Мартина, ввел дополнительный показатель степени b в экспоненциальный закон плотности

распределения числа частиц

сэ{с[)- А(Ре~сйЬ .

Уравнение Хейвуда /101/ достаточно сложное, в силу этого распространения не получило.

А.Вейнинг /11/ вывел формулу плотности распределения массы материала по диаметрам частиц, приняв, что масса частиц пропорциональна кубу их диаметра

Эта плотность распределения имеет максимум при Ь < 3; при Ъ > 3 кривая имеет вид гиперболы.

Розин и Раммлер, анализируя зерновой состав измельченных продуктов как статистическую совокупность зерен, нашли, что плотность распределения массы фракций по ситовому составу хорошо описывается распределением Вейбула /1/

При изменении численного значения коэффициента с уравнение позволяет описать широкий класс кривых. При с > 1 кривая плотности возрастает до максимума и затем асимптотически снижается; при с < 1 кривая имеет вид гиперболы. Чем больше показатель А, тем более вогнута кривая гранулометрического состава.

При с