автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка метода оптимизации процесса усреднения железистых кварцитов с учетом их генетических особенностей



На правах рукописи БЕДЕНКО Владимир Евгеньевич

УДК 622.02:622.341.1

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА УСРЕДНЕНИЯ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ С УЧЕТОМ ИХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ

Специальность 05.15.11—«Физические процессы горного производства»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Москва 1998

Работа выполнена в Московском государственном горном университете (МГГУ).

Научный руководитель докт. техн. паук, проф. ДМИТРИЕВ Л. П.

Официальные оппоненты: докт. геол.-минер, наук, проф. ДУБИНЧУК В. Т., канд. техн. наук, доц. МАЛЮК. О. П.

Ведущая организация — АООТ «РУДГ1РОМ».

Защита состоится « » . . . 1998 г.

в У/, час. на заседании диссертационного совета К-053.12.05 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « &. » ноября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

докт. техн. наук.щроф. КРЮКОВ Г. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Дктуальмость работы. Анализ динамики изменения производственных показателей предприятий России по добыче железной руды свидетельствует о наметившейся тенденции ухудшения горно-геологнческнх условий га разработки. По мере расширгияя и-улг/блешм фронта добычных работ в переработку вовлекаются разновидности руд технологические свойства которых отличаются от добываемых ранее. Так, для месторомсдекга! железистых кварцитов наблюдается увеличение неоднородности поступающей на переработку рудной массы, вызывающей как сшкдаше качгстга нолучг.емого концентрата, тяк и рост потерь железа вследствие проведения операций обогащения з неоптнмздышх режимах. Кроме того, недостаточное знание природ5,1 изменения технологических свойств железистых кварците» в рудной толще снижает возможности их учета при планировании и ортаэтзашт горных работ.

В этих услоз^ях везгакает необходимость выяснения истинных причин ухудшения пригодности зкелезистых кварцитов к переработке, наблюдаемого обычно на практике. Традиционные представлеиш, основанные на учете езруктурно-петрографичёскнх Признаков, к сожалению, не всегда позволяют объяснить наблюдаемые нзмгн^шм. Кроне того, установление закономерностей наблюдаемых варгшсиТ; параметров обогатнмости кварцитов необходимо для повышения нядешюсп! прогноза га возможных изменешй при ргзвнтни фронта горных работ.

Особой значение эти неследозашгя имеют для железистых кварцитов Мнхайлсгекого ГОКа КМ Л (МГОКа), отличавшихся своим изменчивым составом и строе!шем.

Последние доспссешаг физики горных пород евздетельствугот об определяющей влзгяшш генетических дефектной структуры породообразующих микераяоз и остаточных нгпртееннй в тк катехюлошчеекке свойства руд.

Использование нсзых представлений о механизме и закономерностях влияния параметров стру!пурного ссстояшя полнмшгерального агрегата железистых кварцнтоп на их технологические свойства позволяет повысить достоверность прогноза и тем сияют обосновать новые критерии оптимизации процесса рудоподготоэкп, предотвращающие ншреДвл/етшое ухудшение качественных показателей получаемого железосодержащего концентрата.

В этой связи установление влияния гснеппеских особенностей ¡келезкетых кварцитов на их способность к раскрыто и разделению минеральных частот для обеспечения дестопгрного прогноза ювпечгтт железа в концеггграт является (цлуалыгой научной з»дг,че:1.

..V''-.. ■ I

Цель работы заключается в установлении закономерностей влияния генетических- особенностей железистых кварцитов на распитие и разделение минеральных частиц для разработки метода прогноза качества 1;оице!гтра"га, позволяющего оптимизировать процесс усреднения.

Идея работы состою- в использовании установленных генетических особенностей структурного состоянш железистых кварщгтов, обусловленных остаточными напряжениями в зернах породообразующих минералов, дефектностью и нестехиометрией оксидов железа, для прогноза качества получаемого железосодержащего концентрата и оптимизации процесса усреднения.

Структура диссертации определена следующим кругом задач, решаемых для достижения поставленной цели:

1. Выбор методики проведения исследований состава, строения и структурного состояния железистых кварцитов для выявления различий, обусловленных их генезисом.

2. Исследование вариации состава, напряженного состояния и дефектной структуры железистых кйарщггов в рудной толще.

3. Анализ влияния генетических параметров структурного состояния железистых кварцитов на их технологические свойства.

4. Разработка метода прогноза качества получаемого железосодержащего концентрата» с учетом данных о составе, строении и структурном состоянии железистых кварцитов.

5. Обоснование рекоые5щаций по оптимизации процесса усреднения.

Основные научные положения и повязка:

1. Количественное описание генетических особенностей железистых кварцитов целесообразно осуществлять с использованием как традиционных геолого-минералогических показателей, так и параметров их структурного состояш-л, характеризующих иерархические системы остаточных напряжений и дефектов полнминерального агрегата и его компонентов.

2. В пределах Михайловского месторождения яседезистых кварцитов параметры их структурного состояния изменяются с глубиной и по простиранию, предопределяя вариацию их технологических свойств, проявляющуюся в изменешш способности полиминераяьного агрегата к раскрытию и разделению минеральных частиц.

3. Нестехиометрия магнетита в железистых кварцитах МГОКа, вызванная измеиегаем в нем содержания железа от 67 до 72,38 %, по-разному варьирует в технологических сортах руд, усиливаясь в труднообогатимых и уменьшаясь в легкообогатимых, а тайке возрастает в направлении с севера на юг рудной залежи.

4. Повышение надежности прогноза качества концентрата, получаемого в условиях МГОКа, достигается при использовании уравнения множественной регрессии, учитывающего, помимо содержания зерен магнетита размером менее 0,03 мм, также параметр . кристаллической решетки, температуру Кюри, относительную

деформгцто, истинную плотность дислокаций и сумму дефектов упаковки мггнспгга.

Обоснованность и достоверность научных положешШ, выводов и рекомендаций работе подтверждаются: качественным совпадением результатов теоретического н экспериментального исследований; масштабом проведенных экспериментальных исследований; высокой надежностью и точностью применявшихся апробированных методик экспериментальных исследований, лабораторного оборудован:;:,! и методов обработки экспериментальных данных.

Ияучное значение работы заключается в разработке физико-технических основ принципиально нового подхода к решению задачи прогноза технологических свойств железистых гжариктсв в процессах их рудоподготопют. В данной работе показала возможность осуществления такого прогноза и разработана методика его проведения, отличающмея от традиционной учетом вклада остаточных напряжении и ДгфешиЙ структуры рудсобразующих минералов. Исходными для прогнозирования алнттн яв&ткзтет гязтапг* параметров, характеризующих состав, строение и «руктуршг СЯ!Т7х:~а образцов керновых проб железистых кварцитов из йэтерггутоигго утеттгд игстороххния получаемые с помощью методов ратеив1С!:аП Дггфрзгтеютрии, огттской и электронной микроскопии,

мвгютомятрот*,

Прштрггжзя цИМость рз5тм ссетоит в разработке метода оптимизации преизссэ угрелшгля «елгэтетш кзарцнтоз с учетом их генетических особенностей, который вхлючг.ст щ>отоз качества концентрата, получаемого при существующей технологии рудалляготоскн, л обоснование содержания железистых кварцитов рлади'Ш'К ггнелгтеегтех типов в рудной шихте для получения необходимого солерршм же/кг» 5 вмгцгнгрзге.

Рсалтаикя шпя'ая в н рекомендаций работы.

Ксвледесйггш?, представленные в настоящей диссертации, выполнялись в рзмкас «ИИ?» МГГУ; «Анализ изменения параметров состава, строения и струиурнсгз С'.38то,*г чпл »«леимтих кварцитов МГОКа с целью обоснования рзквмевдишй л» гшкгшквд эффективности добычи и переработки».

Р5зработг:«аге «гтодаческие указания по прогнозу качестза жгягзосодсржащсг» Есяняггрзта приняты для использования в ОАО «Михайловский горк®-о5отат1ггея1«мй комбинат» для оптимизации процессов рудокодготов:;и жеявлгетих гззршкев, ,

Апрсбшш ргйзш и публикации, Основкне положения и результаты исследований опу&ттаваиы в 5 работах и докладывались п ходе кяучных снмпозкумез «Недели горняка» (Москва, МГГУ, 1096, 1997,1998 гг,).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глаз, заключения « пряяекекнй, содержит 29 рисунков, 13 таблиц, список питературы из ВЗ »аимеиопатгй.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Учет генетических особенностей железистых кварцитов при прогнозе кх качества и оптимизация процессов рудоподготовкн приобретает особую актуальность в связи с выраженной тенденцией ухудшения технологических показателей вовлекаемых в переработку руд и их значительной изменчивостью в пределах месторовдения.

Решешпо этой проблемы посвящены исследования Б. И. Пирогова, Г. С. Поротова, И. В. Холошина, В. II. Тарасснко, В. Н. Гусслышкова, А. А. Илларионова и других ученых, которые снесли существенный вклад в нзучеш;г закономерностей формирования технологических показателей железистых кварцитов в зависимости от их геолого-мннералогнческих факторов.

Однако, как показывает практика работы горно-обогатительных предприятий, несмотря на тщательное изучение взаимосвязей между геолого-шшералогнческнми факторами и технологическими свойствами кварцитов, зачастую иг удается добиться ожидаемых показателей обогащения. Это вызывает сомнения по поводу достаточности учета только указанных факторов при технологическом прогнозе качества руды и получаемого из нее концентрата.

В работах А. П. Дмитриева, Г. Я. Новика, Н. Я. Решит, М. Г. Знльбершмидта и других исследователей отмечается, что взжньшн параметрами, влияющими на1 технологические свойства руды, являются напряженное состояние и дефектность ее структурных элементов и всей системы в делом, которые объединяются понятием структурное состояние. С их учетом можно описывать структурные изменения в руде от микро- до макроуровня, что является .весьма цеиньш как при прогнозе ее поведения под действием физических полей в процессах рудоподготовкн, так н при оценке качества получаемого железосодержащего концентрата.

Следует отметать, что в литературе практически отсутствуют сведения об изучении генетических параметров структурного состояшш железистых кварцитов и данные о зависимости эффекпшностн ж переработки от этих параметров. Таким образом, проведение исследований в этом направлении является весьма актуальным.

В главе 1 дана оценка современного состояния рудоподготовкн и обогащения железистых кварцитов, а также приемов учета их генетических особенностей.

В настоящее время для железистых кварцитов основными факторами, определяющими их* поведем« в этих процессах, являются геолого-шшералогичеекпе, представленные двумя группами: 1) общегеологаческие; 2) мипералого-петрографические и химические.

Из общегеологических па технологические свойства руды наибольшее влияние оказывает текстурно-тектонический фактор. Это объясняется тем, что метаморфическое и метасоматнческое преобразование кварцитов связано прежде всего с процессами деформации и перекристаллизации. Важен также учет факторов физического состояши руд в связи с их изменением с глубиной месторождения.

Группа мннералого-пегрографическш и химических факторов позволяв

прог»од*1ть тпркстветегл ousmy технологических показателей обогапшссти руд и свойств мккерялсэ. Уч;тп;вя химический и фазоаый состав кварцитов, наряду с ш-шгра.иимн ссствзоя рулчой к «грудной части прогнозируют такие техиологаческяг пор^гтгеяя, ires выход к игпяече;ше. Текстурно-структурные признаки щппжкы тпггл2\:.жы фактором для жегезнстых кварцитоз, так как omi ыпгаэт на врецгсси рудоярдготовкц и эффективность раскрытия минер?лов.

В результат*? англ:»! было установлено, что использование традиционного по;аор.н я сптаотдгшпг руделоягоговгси не всегда обеспечивает достижение высокого концгггграта, а ¡тргтгняющк'кя технологический прогноз miser следующие пркгдагаг»-лыяга игдястата:; приоритет информации о химическом составе руды, что ив позволяет до^тсвер-.го уч:пт:£зть содержите в ней различных минеральных форм окс.'.5до r.ier.ic. (степень стехломэтрии мвтпстага, процессы мушкетовнтиззции и КЕртт«яи5п1, прг.угетп::с у-гемапггз и т.д.); невозможность у: s та взрнгшш дсфггпяста i! сствгочшлх нгпрякеий лоякздшералыюго пгрегата и ncpMSoPptyrearx «¡шерлов apu rpitueiaertux нетодзх анализа.

На зта;1} сснссв вывод о том, что д.тя гтсяъшгатя достоперпогти

тя.х»юяспкеи»го лрошэга ¡этсстта руда «гг ижгвяу необходимо яополшш. гш .ткем е» струиурчог-) cocrcwrra.

R-гврая глвг* кос втеста ешивгу особпшастей ссстаза и строешш железистых гс:рц!ггсз M:rxi:n.:,c!.Tî с-го местороядапи КМ Л, соэрс.-лгпного предстаЕлення о зшагяк уияааак оло&шоэтей m таскшопгксз» СЕзЯгтва рудл н сбосисгшпао погзшото преижвяеши, гипотазуатго при доаьигйщсм пзучкяш »глстастых кггрсзпсз.

Кирсятм pr.ccr.'3iT'.:c"3j£3to мсгтсроэдгпмт - ira кргпкая тспкгзгркястая ¡ггясгшето-кгзрцггг.з гтагл.'эрфтозгкная порода гтасчзгоИ тететурк, обусг.сакяпйП' «предали?»! рудны. я бвдеудаж прослойков. Их. uosmo яГ.едстммть прирг.ссг.отр;пи m уровьз структура (зсрс.ч) кг.к шогокаяпонг'.гпгый »лгяфгятгяригя'Л пгхпт, » ка текстурном - cayraiiii&ii слсстой

'fOTOIÏ-IO.

Дя1 осво21шх псродсобрвзующкх ишгсрала» хграктерю из.титее i:î-v;oг.мтх ткравдй, • etanvîfSPt груг от груга то размеру и форм1; *ырея«:тй, гсдмрр-тюсга прмаггля какмо^фго-ла. Так, гапятит н кварц образуют по 4 ггиерирпг, гемлгггг - 3,

Главный рудообезл>"Е"ч'яг шг.грзяка явлтется j mrnerm. Процессы шы'очясго метасоматоза <ущвсте«п'о пяшзот un итоекеииг его |рвиуло:.итрии в разотпгт рааю'лцрюст»:

Форма siptu и ¿гретатм жшерялав и типы vk срастйШ'Я друг с другом та:с:ге акрат» изменяется в пределах авотороздсякт.

Таким еСрсззл, мгёеиг.оггл вещественного состав?. » строения железист»»; кяаршпгоз Мггхзйлоп«.ого мсетороткдаш'я в гко^пвлшэй степеин нрсдопред?лп:«т fK техцолоптегенз своС:-г-ч.г

ПрогоэдемшЯ awn пошшагт, "-о MI'O.C? гггегогл'пчт

практически no всем прочностным параметрам рули ЛГХЖа Для них, в отличие от железистых кварцитов других месторождении КМА, характерны меньшие (в 3 ¡ 5 раз) размеры зерен рудных минералов, и в первую очередь матешta Все эю определило необходтшоегь использования технологической схемы тлубокото обогащения, включающей дробление, 3 стадии измельчения до крупности 98 % класса 50 мкм н 5 стадии мокрой магнш ной сепарации.

В соответствии с существующими представлениями о взаимосвязях между технологическими свойствами железистых кварцитов и их 1енетическими особенностями, основными природными факторами, влияющими на обогаттшость руды месторождения, считаются ее фазово-хнмические н минералог о-петрографическне параметры

По фазово-химическим показателям перерабатываемые МГОКом железистые кварциты принято разделять на три труппы, технологически отличающиеся выходим концентрата и извлечением железа: матнешюиую (Ге^/Ре^ц, > 0,65), темашто-магнетшовуто (Ре«Де„бщ = 0,51+0,65) и магиетито-гематитовую (Feu/Feo6u, -=0,40+0,51). Особенность Михайловсьою месторождения - невыдержанное ib железистых кварцитов по качеству получаемою из них концентрата в пределах каждой из названных минеральных трупи.

Принято считать, что раскрытие родных зерен н соответственно содержание железа в концентрате зависит от формы зерен и агрегатов магнетита, их размеров типов срастаний рудных и нерудных зерен, развития структур цементации Исходя и) этого выделяются три основных технологических сорта железистых кварцитов Михайловского месторождения: 1 - летшобогашмые, содержание железа в концентрате (fi,,„G) > 66 %, содержание зерен мате гита класса менее 0,03 мм (Мооз) =5 + 30 %; 2 - среднеоботашмые, [i„6 66 + 64 %, М00з = 30+45 40; 3 - труднообогатныые, Р «6 < 64 %, М0 оз-1 45 %

В третьей гласе выполнено теоретическое рассмотрение вопроса о влиянии теистических и техногенных особенностей строения и структурного состояния железистых кварцитов на эффективность процессов рудоподттоакн.

Решаемая в диссертационной работе задача оптимизации процесса рудоиодготовки железистых кварцитов, связанная с анализом и учетом особенностей состояния и поведения отдельных компонентов, не может быть решена с использованием упрощенных модельных представлений (например, однородной сплошной среды). Невозможность рассмотрения при лом процессов, происходящих в структурных элементах кварцитов, делают такой подход бессмысленным.

Для максимального приближения к действительности при описании ион* напряжений в руде целесообразно использован, вероятностно-статистический подход, преимущество которою состоит в возможности разноуровнею рассмотрения природы напряжений с учетом особенностей ее строения и состава. '

Ввиду хаотическою характера расположения и ориентации зерен rio компонента величина структурны* напряжений (в том числе и остаточных ieneiH'iecKiix) в отдельных его -точках будет носин случайный характер и iu>)ium>

ь

(!)

где П„м) = <(о>>- < ам>/> .

Неоднородность строения железистых кварцитов приводит к скачкообра шому измененшо механических свойств среда! при переходе от одного зерна к другому.

Ввиду того, что остаточные напряжения оказывают влияние на распределение значений напряжений в зернах 1-го минерала, их влияние на прочность можно выразить следующим образом;

где К - постоянный коэффициент, характеризующий структурно-чувствнтельность свойства; [о]3 - прочность агре1ата при отсутствии остаточных напряжений; Ралр — вероятность разрушения.

Вероятность гоявл.чшя межзсрепного дефекта, способствующего раскрытию руды, пронорцконзлып гглтпше сдвиговых напряжений, действующих вдоль межзеренного контакта. Эти сдвиговые напряженна Тгр зависят от различия упругих характеристик минералов. В первом приближении можно считать:

Очевидно, что остаточные напряжения способны повлиять на это различие Если предположить, что магсроскопический предел упругости полнкрнс галла соответствует внешнему напряженню о, при котором начинается передача деформации от зеркз к зерну путем пластического сдвига, то его значение н соответстЕетао начало распространения трещины зависит от размера зерна 1! минерального агрегата (с уменьшением размера зерна это напряжение возрастает):

Появление в железистых кварцитах техногешпгх оемточштх напряжений вызывается также действием разлнчямх механических. нагрузок, испытываемых имя в процессах рудоподготе:ия,

Полкмшгеральный зтрегзт железистых кварцитов обладает способностью реглизовывать большое количество различных потенциально возможных механизмоз изменения своей нарушздаостп. К ним' п первуго очередь относятся тгоп:; процессы пороговой и непороговой ».шкродеформацчч минералов, протекячи? которых определяется типом: связи, С1*::мегр1::"1, прргшетрами кристаллической решетки, а текпе га:еп<чс«:ой дефектностью. Сюда же следует отаест.ч различные механизмы неупругого поведения нетерепьмх: н ме;:<агрегатг;ыл границ. Именно под влиянием пм факторов может аржегепепг» иггаюшз сзойстз згелезкетых гс. чиптоз при дейсгпш рчзличинх полей 1 г.стестеент'Х

[а] = [<т]„ К. Роф,

(2)

Т гр =Г(«т> (,)- <в>ш)

(3)

условиях и при ведении горных работ.

Для мономинералыюго агрегата в кзарцте (элемента текстуры) вяличипу структурных напряжений при действии ыехаюгческого поля можно оцляхь следующим образом:

СТц^Ч' + К^ + А,8й(РТ), (5)

где "о^" - генетические структур1ше напряжения; К( - коэффициент, характеризующий взаимодействие зерен при мехашшссхом пггружешш и зависящий от анизотропии, упругости минерала и вида напряженного состояния; А, — эффективный упругий параметр, характеризующий реакцию шрегага на деформацию структурного элемента (зерна); (РТ) -деформация фазоводо превращения.

Выражение (5) ссвдстсльствует о том, что при механическом нагруженнн однокомпоиегггного поликристалла в его зернах иезпгаагт неоднородность ноля напряжений,- которая проявляется в резком изменении ссдичшш остаточных генетических напряжений.

В многокомпонентном полшишеральшш агрегате железистого кварцита структурные напряжения возникают глазным образом за счет различил физичеекг свойств компонентов.

Структурные напряжения о/4 в к-м минерале гаарцита, подвергающего' физическому воздействию, можно условно выразить следующим образом:

а и

НМ.М- +А.- (6)

где м и А ^ 1(4 - усредненные напряжения; обусловленные

соответственно многокомпонеипюстыо и ишзотрошкй свойств слагающих руд1 минералов.

Первые зависят от следующих параметров:

м = °с1(к) +Кг<а>, , (7)

где Кг - коэффициент, характеризующий взаимодействие компонентов I) зависящий от особенностей строешш руды и условий внешнего воздействия.

Значение А Оц',(к) рассчитывается с учетом дисперсии материальных тензоров в соответствии с выражением (5).

Результаты расчета неоднородности поля напряжений для случая механического нагружеши железистого кварцита показывкот, что максимальные напряжения будут наблюдаться в зернах магнетнгв, причем л рудах с его небольшим содержанием их величина в этом компоненте может более чем в три раза превышать средние по образцу значения. С ростом количества ¿келезосодержицих минералов это отклоне1«е уменьшается. Зерна кварца будут менее нагружены, чем руда в целом. В гематите в зависимости от его концентрации упругие иапряяссиия могут как превышать, так и быть меньше средней по объему величины.

Б

Дефекты структур:.! железистых кварцитов в значительной мере определяют их технологические свойства. Например, для магнетита применима известная взаимосвязь изменения коэрцитивной силы ДН к линейной плотности дислокаций Лр: ' __

А Н = к >УЛр , (8)

где к - постоя шп.гн коэффициент.

Для прогноза поведения железистого кварцита при вариации его состава, строения и структурного состояния бьш использовал вероятиостно-статистнческнй подход, развиваемый п работах Г. Я. Новика и М. Г. Зильбершмидта. Сущность прогноза состоит в оценке вероятности инициирования различных механизмов изменения свойств и сзязей элементов строения полиштералыгого агрегата при физическом воздействии в процессах горной технологам.

Пренебрегая взаимодействием структурных неоднородностей, что вполне допустимо на ранних этапах процесса изменения состояния, можно с учетом генетических напргокемй выполнить предварительную оценку тгтенсивностн внешнего воздействия, пильгвающего Тот или иной вид структурной повреждеиностн. В зависимости от этих напряжений плотность образующихся нарушений структуры ш-го тала можно характеризовать параметром т), равным отношению поврежденных т-м механизмом неупрутости минеральных зерен п<к) и их общему числу М*к):

пю„ 1 ТП (с;'5:к)- о8(кУ

П»®- - ={1/2- == (ехр[- -1}йаг (9)

Это выражение в общем виде списывает пороговый характер изменения нзрушешюсти руды при техногенном механическом воздействии. Однако при выполнении конкретных расчетов необходимо учигьгеать взаимное влияние различных явлений неупругости в минеральном агрегате.

В общем случае можно сказать, что измените свойств железистого кварцита ДФ является ¡нпгегральньгм эффектом, связанным с изменением свойств его составляющих ЛФ(1>.

С учетом вырзжегшя (9) выражение, связьшалнпее обобщенное свойство Ф руды после действии ф:к::чгсхого поля с его исходным значением Фи можно представить следующим обрезоп:

ф=фо(1+1;рт0£)т1(к'), (ю)

гяе р/> - параметр, характеризующий' сгруктурно-чувствигельность свойства к повре-лсдещпо к-го минерала т-м механизмом неупругости.

Используя приведенные вшпе выражения, общую схему метода оценки вероятности изменении структурного состояния агрегата железистого кварцпта при внешнем воздействии с учетом генетических остаточных напряжений можно представить следующим образом:

1. Определение состка и особенностей строения железистого кварцита

(проводится с использованием рентгеновской дифрактометрии и оптической микроскопии).

2. Анализ параметров генетического структурного состояния породообразующих минералов железистого кварцита: размеров блоков мозаики, плотностей дислокаций н дефектов упаковки, остаточных напряжений (осуществляется с помощью рентгеновской дифрактометрии, электронной и оптической микроскопии).

3. На основе данных о составе, строении и струкгурном состоянии железистого кварцита строится модель среды с соответствующей иерархией дефектности и напряжений.

4. С учетом параметров строения кристаллической решетки минералов, ее симметрии, генетической дефектности и напряженного состояния анализируются потенциально возможные механизмы их неупругого поведения, а также аналогичные процессы в поликристаллкческои агрегате кварцита.

5. С использованием результатов предыдущего этапа прогноза осуществляется расчет и в ряде случаев определение набора критических значений напряжений (т/1*) для основных породообразующих минералов и руды в целом.

6. На основании результатов 3-го и 5-го этапов прогноза выполняется расчет неоднородности поля упругих напряжений в полиминеральном агрегате кварцита при рассматриваемом виде внешнего воздействия. ,

7. Оценка вероятности структурных изменений в руде в процессах рудоподготовки осуществляется на основании результатов 5-го н 6-го этапов прогноза.

8. Оценка возможного изменения физических свойств руды проводится с учетом наиболее вероятных изменений структурного состояния,. выявленных на предыдущем этапе.

Так, механизм структурных изменений в кварците при взрывном воздсГилшш является многостадийным процессом, что обусловливает наличие зон различной нарушенное™, в которых руда обладает, специфическими параметрами, характеризующими ее поведение в последующих технологических процессах, о чем свидетельствуют результаты исследовании Н. Я, Репина, А. И. Потапова, А- Н. Ряполова и других.

Энергоемкость механического измельчения железистых кварцитов должна измениться на величину запасенной в них энергии, которую также можно оценить по изменению параметров структурного состояния. Для этого можно использовать результаты его экспериментального анализа.

В четвертой главе представлена методика экспериментального исследования параметров состава, строения н структурного состояния железистых кварцитов. Для их исследования применялся комплексный подход основанный на использовании методов рентгеновской дифрактометрии, оптической и электронной микроскопии, высокотемпературной магнитометрии.

В качестве объекта исследования использовались образцы железистых кварцитов Михайловского месторождения КМА, которые для наибольшей

информативности должны были удовлетворять ряду условий: представлять все разновидности железистых кварцитов данного месторождения; отражать их распределение в объеме рудного тела; быть как можно менее поврежденными в результате техногенных процессов. Исходя из этого были отобраны керновые пробы (100 шт.) с различных участков и глубин месторождения. В качестве объекта исследования использовались еншлифы, а также образцы измельченной руды. Схема проведения экспериментальных исследований и получаемая при этом информация представлены на рис. 1.

» Параметры структурного состояния основных породообразующих минералов:

- средний размер блока мозакга;

- плотности дислокаций на гргмгце и внутри блока мозг гки,

- кокцинтр.ацш дефектен упаковки;

- относктельиая деформация кристаллической решетки;

- остаточные напряжения.

ОПТ11ЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ

« Текстурно-структуркке характеристики > Генерации миигралог"

ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ

МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ

МАГНИТНАЯ ФРАКЦИЯ

РЕНТГЕНОВСКАЯ ДИФРАКТОМЕТРИЯ

> Минеральный состав • Размер элементарной ячейки магнетита

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ' МАГНИТОМЕТРИЯ

в Температура Кюри магнетита

ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ (МИКРОЗОНДОВЫЙ АНАЛИЗ)

» Дефектность состава магнетита

Рис. 1. Схема проведения эксперименталыгых исследований железистых кварцитов МГОКа.

Пятая глава , посвящена анализу результатов экспериментальных исследований.

В ходе рентгеноструктурных исследований ^ впервые определены количественные характеристики параметров структурного состояния основных породообразующих минералов (магнетита, гематита, кварца) железистых кварцитов МГОКа для различных минералогических типов и технологических сортов (табл. 1, 2). Анализ данных этих исследований позволил установить характер изменения указанных параметров в пределах месторождения (табл. 3), а тахже выявил изменение значений параметров структурного состояния основных породообразующих минералов в связи с разной степенью ¿ос обогатимости (рис.2).

В качестве параметров структурного состоят« использовались: • средний размер блока мозаики Б, А;

- плотность дислокаццй на границе блока ра, см '2;

- плотность дислокаций внутри блока р„ см "2;

- истшшая плотность дислокаций рист, см '2;

- сумма дефектов упаковки ЕСМ;

- относительная деформация кристаллической решетки е;

- напряжете на грашще блока о в, Па;

- фактор раскрытия трещины Ф.

Таблица 1

Усредненные параметры структурного состояния основных породообразующих минералов железистых кварцитов МГОКа различных геолого-минералогических типов

Параметр Магнетитовые Гемапгт-магнетитоаыг Магнеттгг-гсматшоиые

магнетит гематит кварц иатиегкг геиатит кварц магнетит гематаг кварц

О, А 754 398 953 245 602 956 324 724

РБХЮ'^.СМ'1 0.0051 0.0164 0.0041 0.0152 0.0138 0.0048 0.0135 0.0094

р,х!012,ск"! 0.031 0.103 0.02 2.188 0.578 0.011 1.97 0.494

РнсХЮ^.СМ-2 0.011 0.134 0.013 0.237 0.077 0.0065 0.162 0.071

ТС„ 2.40 0.26 1.99 091 " 0.19 2.28 0.64 0.17

ЕХ101 2.65 -16.68 1.9 -34.56 -27.4 1.8 -33.5 -24.4

Со, МПа 352 2164 230 10144 2009 114 10812 1711

Ф 1.39 8.47 0.93 19.9 5.7 0.7 12.2 7.9

Сравнение данных, приведенных в табл. 1 и 2, показывает, что магнетиговые кварциты являются наиболее труднообогатимыми, гематит-машетитовые можно отнести к среднеобогатимыы, а магнетит-гематитовые - к легкообогатимым рудам. Об этом свидетельствуют одинаковый характер изменения и близкие значения (в указанных парах типов и сортов руд) таких параметров структурного состояния основных породообразующих минералов, как средний размер блока мозаики, плотность дислокаций, сумма дефектов упаковки, относительная деформация кристаллической решетки.

Таблица 2

Усредненные параметры структурного состояния основных породообразующих минералов железистых кварцитов МГОКа различных технологических сортов

Параметр

Труднообогатнмые

Среднеобо гатимые

Легкообо гатимые

кварц

кварц

о, Л

727

444

873

180

447

968

480

ррх10'3,см

0.0057

0.016

00043

0.0163

0.0127

0 0033

0 0103

0.041

0.121

0016

2.682

0 64

0.02

1.3

0.013

0.127

ООН

0.221

о.огх

0.008

0.115

0 062

1С,,

2.5

0.26

2.13

1.01

0.22

2.02

0.63

0 19

ех)05

2.96

-13.Й

1.12

■37.97

-34.3

0.58

-28.75

-45.7

оц, МПа

432

2354

194

9687

2020

246

10197

О

1.66

8.95

088

23.58

6.26

1.08

12 38

гематит

Таблица 3

Вгригция пзраметроз структурного состояния основных породообразующих

минералов железистых югарцитоз МГОКа

Параметр Магнетит Гематит Кварц

Средн. Изменение при увеличении ад/и Изменение с юга на север Средн. Изменение при увеличении глубины, сд./м Изменение с кга га север Среди. Итмснснне при увеличении глубины, ед/м Изменение с юга на север

О. А 855 + 0.5 + 347 + 1.12 + 560 + 0.15 -

Ро* ИГ", см"' 0.0046 - 0.0000048 - 0.013 - 0.000032 - 00106 + 0.00002 +

Р. X 10-", см'' 0.024 — 0.0007 - 1.74 - 0.048 - 0 625 + 0.004 +

Рис х 10 си 1 0.011 — 0.00042 сояй 0.149 - 0 0039 - 0.077 + 0.001« +

сх 105 2.1 - 0.0000054 - -31.9 - 0.00034 - -31.7 + 0.0002 +

Со X 10г, N1111 2.32 -0.4 - 101.64 + 1.44 СОП51 19.4 + 0 37 -

1СД, 2.11 -0 0000012 - 0.73 сот! - 0 27 + 0 000178 соп^

Ф 1.1 — 0.0000243 - 170 -0.00014 - 9.5 + 0.00011 солх!

Сопоставление параметров структурного состояния магнетнтов преобладающих 1-й и 3-й генераций показало, что они заметно отличаются друг от друга (табл. 4). Это свидетельствует об усилении дефектности и росте остаточных напряжений в магнетите в процессе рекристаллизации.

Таблица 4 [чшл.х генераций

Генерация «и О, А рох10'|2,см "3 р«х10"'2,см Рист*10 "12,СМ 2 ЕхЮ3 ог>, МПа

1 8 395 897 0.0041 0.012 0.007 1.1 163

3 8 395 724 0.0049 0.022 0.010 3.1 240

еа ода 3 -г 03 4 "150 1,0 '.......Гематит ^

0,015 -2 ог -26 10000 0,75

. — — — — ------

0 "1 0,1 р ДОЗ 05

Легко- Средне-

Рис.. 2. ^Изменения значений пгргмстрсз этруктурного состояния основных породообразующих нгтиср;шк ггглезястых кваргзпоз Мшсайяозсгсого кестгроадепЕЯ в свжш с разкзй степенью их обогатимостп. 1-Средний размер бяззса мозаики 0, А; ¿-Плотность дислокаций на грзшщз бгака р»-10 "1а, см "*;

3-Плоткость дислокаций впутря бдои р.-Ю"11, си"';

4-Пстпжия шютассть даглэзсаиий рит • 10см

5-Огвог^тгльная деформация грясталцргаа-ей рсшгтгн

е-Ю';

на гражгдг бяогг <5<_ч ?Шг; 7-Суима делегата упаковки

Оптические исследования показали, что при увеличении глубины залегания отмечается: изменение гранулометрии зерен магнетита в сторону уменьшения или значительного разброса по крупности в пределах одного образна; изменение морфологии зерен магнетита (увеличивается количество раздробленных зерен с зазубренными, неровными краями); изменение ферм выделения железа (протекание процессов мушкетовнгпзации и мартитиэации). Указанные тенденции характерны для всех геолого-мннералогнческнх типов железистых кларцитов.

Применение рентгенсфазоЕОго анализа позволило выявить присутствие а железистых кварцитах МГОКа наряду с магнетитом и гематитом, также и иаггемита. Наибольшее содержанке маггемнта (до 11 %) характерно для магнетитовых кварцитов, несколько меньшее (около 8 %) наблюдается а гематнт-магнетнтсвьк н самое низкое (до 4,5 %) - в малI гткт-гемат) [ток мх.

Кроме того, с использованием рентген ос лектралыюго микрозондового анализа было установлено несовпадение содержания железа в зернах магнетита различных генераций. Содержание железа в магнетите варьирует от 67 до 72,38 %.

Среднее значение параметра решетки (1 магнетита МГОКа равно 8,395 А, что несколько меньше, Чем у магнетита стехиометрнческого состава (8,396 А). Характерно уменьшение ребра элементарной ячейки магнетита по мере ухудшения сбогатимости руды (8,397 А у легко-, 8,395 А у средне- и 8,392 А у труднообо гатимой).

Данные термомагнитных анализов также свидетельствуют о некотором отличии магнетнтов МГОКа (точка Кюри 578°С) от стехнометрических магнетитов (585°С). Значения точки Кюри магнетита указывают на недостаток в них железа. Это особенно характерно для средне- и труднообо гагимых кварцитов (577,5 и 577,9 °С, соответственно). Общей для всех сортоз железистых кварцитов МГОКа является тенденция к увеличению в той или иной мере точки Кюри магнетита с ростом глубины залегания.

Анализ термомагннтных кривых показал, что среднее значение точки Кюри у магнетита 3-й генерации меньше, чем у магнетита 1-й генерации (577,9 н 578,8 °С, соответственно). Это. свидетельствует о большем дефиците железа в магнетите 3-й генерации.

Итак, полученные результаты свидетельствуют о значительной изменчивости параметров состава, строения и структурного состояния кварцитов МГОКа, которая является следствием протекания процессов щелочного метасоматоза, мушкетовнтизацин и рекристаллизации, и предопределяет вариации их технологических свойств в массиве.

Шестая глава посвящена прогнозу технологических свойств железистых кварцитов МГОКа и разработке метода оптимизации процесса их усреднения, основанным на выявленных закономерностях изменения их состава, строения и

струкгурного СОСТОЯНИЯ.

Предсталленные с гл. 3 результаты, свидетельствуют о том, что ыехшкческис свойства железистых кварщггев нохаю прогнозировать используя данные о генетическом напряженном состоянии и дефестногтн основных породообразующих минералов.

Магнетит в целом разупрочняется с увеличением глубины залегания и в северном направлении по простираимю месторождения. Об этом свидетельствует уменьшение значений таких параметров, как плотность дислокаций на грашще (рв) и внутри (р,) блока мозаики, от|!осителькад деформация кристаллической решетки (е) и напряжение и:: грашще блока Мозаики (с^) (рис. 3). Таким образом, в процессах рудоподготовки магнетит нижележащих горизонтов будет повреждаться сильнее, Чем магнетит вшпелехгааик. Поэтому склонность магнетита к переизмельченшо с увелнчет!ем глубины будет возрастать, обусловливая его потери в шламах.

Рост значений указанных выше параметров в зернах кварца с увеличением глубины запегашм и в северном направлении предполагает их упрочнение.

■ Сравнение значений плотности дислокаций на границе ро и внутри блока мозаики рс показывает, что для магнетита, кварца и гематита наиболее вероятна»: чадяегся злроздеин; треташ в обьене зерна (ро < Рс)- Зиачегац фактора раскрытая грещииы свидгтельстьук«' о том, что вероятность внутричерепного разрушения гематита и кварца гораздо шанс, чем у магнетита.

Снижение кокайте лей о Со гашения кварцитов с глубиной возможна связано и с отмеченными ь ходе оптических исследований изменениями формы И размеров минеральных зерен, характера их срастаия.

Разлиты в обогатимости руды обусловлен также вариацией ыагшгпплх параметров мыт.етата. К наиболее важным из них относится коэрцитивная сила, повышение значений которой приводит к сюисешсо качества концентрата. Уменьшение параметра решетки магнетита (<1) в сочетании с увглзгченнем истинной плотности содержащихся в кем дислокаций (рис) от легко- к трудиообогатимым каарцитам свидетельствует об увеличении его коэрцитивной силы. Увеличение с! и уменьшение рНСг магагпггоз в целом по месторождению с увеличением гдубша»' залетами и в северном напреялетш (рис. 4) предполагает ее ешэкенке.

Умеиьшега!с ребра элементарной ячгйхи магнетита при переходе в маггеяит < также приводит к увеличат» его коэрцитивной силы. Нестехиомстрия магнетита предопределяет повышенное значешее этого параметра на ыесторсждешпг, а гаже иепосредствешю объясняет более низкое го сравнению о прогнозируемым содержание железа в котеентрате за счет элементарного дефицита магкетитозого железа.

Обобщая вышеизложенное, похаю сделать выгод о том, что основными причинами, определяющими ухудшение сбоптмости вовлекаемых в переработку кварцитов иа Михайлосскоы месторождении являются; - возрастание нестехиометрин магнетита и увеличит: содергкаггия меггемпгв;

Пвопюстъ ia

i икс»

грзчгтцз "•.'.era pu* 10'12,си 2 -

ASceranrai r^-f'cta, к

0;.;ro»!Tf.r&4MJ дгфериздм6

Orrn Г.о-'.rp

If

Юг

тл. : "J

Шокездьдаякэдп!! г:;г.'грг: блок» ptxHTu, «Г3

С"?

¡harp ГгзкдзчюЛ Юг

глу&пп, м

ibxçjïïî'nw i'-г

risma» вкхг» o». кШ

т T.. _____,

1

Абсолтилл г.-ту^гц и

Рис. 3.

Шргметр рт!ГНВ1 (i, А

Ccr.tn

Номер

рлзоткй Абооляшаз .

язяяш Юг „

глубина, »

íícntrums плоикхггъ дясякацлй ргстхЮ'11, cu 1 ')-

^ r: '

cí3

* т?"^ Абсолютам ' глубина, ц

¿Or

Pus. 4.

рос r KoipiiimiBKoii силы магнетита;

разупрочнение магнетита, приводящее к его переизмельчению и потерям в шламах;

- разупрочнение кварца, приводящее к его перешмельчению н вовлечению в мапшпше флокулы;

- ухудшение минералого-пгтрографичёских признаков срастающихся рудных и нерудных минерал;».

Следует отмстить, что с увеличением глубины добычи возможно снижение качества концентрата, св«чанное главным образом с разупрочнением магнетита и ухудшением раскрываемости зерен рудных и нерудных минералов. В южной части месторождения качество концентрата снижается по сравнению с северной в большей степени по причине роста нестехиометрин магнетита, увеличения его коэрцитивной силы и разупрочнения зерен кварца.

Статистическая обработка результатов экспертаигтальаьк исследова!вы показала, nie вя>1яу изменчивости состава, строения и структурного состо/нпш железистых жварщ-чов при прогноз; качественных показателей их обог&Ш'шгя необходим учет комипнла параметров с использованием методов множественной рнргсснн.

Выявленные выше взаимосвязи параметрар состава, строении и структурного cacTOiiai» хсок-3!!;пг< кварщгтоа с их технологическими сиойствамн позволим предложить кстод оптимизации процесса усреднения, наиболее широко |,;:юль1уюшсгос,! в практике работа горно-обогатительных предприяти": для оГеснечсния оттшйяьных условий стабилизации технологического процесса.

Метод вкгаочйег в себя технологический прогноз качества получаемого ж^лгзасодсрзкшаего когщентрата при существующей технологии рудоподготозкн и оСосношшмс содержания железистых кварцитов различных reiiemwecitHX тнпзг. р •Л днои шихте для обеспечат« необходимого содеркигАа келезз в концентрате. Прп этой иг рассматривавшие:,! ранее генетические особгнности структурного со;гс„пгд железистых кварцитов, которые проявляются в гагзг-пш остаточных напряжений в породообразующих минералах, дефектности и нестехиоглетрич оксидов жеяезг., используются каккрятерш;.

Технологический прогноз качества осушсстакетсз следующи,-; сбрг.зсш:

1. Отбор проб. В качестве объекта исследовант нсполът^отм ооразцьт сгриозих проб железистых каерцнгои, изгого;>лс:сшк в виде а:сьйлфо2, ксрсиг.зг.м: пробы. Kcpi!OEi;s рробы ПОЗВОЛЯЮ i получш Ь информацию об UCXOÄiOM rCÜCIII'itCKOU состоянии руды из шпересующего участка кссторовдскиа.

2. Экспресс-анализ особенностей сссгсвз келезлешх кварцитоз. Прашиодгтся методами ре и японского количественного фазового анализа и оптической

ГЛЦфОСКОИИН.

3. Иссяедова-ыс особенностей строем« зя««ц]ов минерального шрагата руда. Производится методами сткчссксй и зпсктро>а:ой микроскопии.

1. Исследование стехиометрии матетит Производится с нсполыошишем иикрозоидовсго анализа (содержание Fe), мешда sucoKoicMiiepai) piioii мапнпомегрии (точка Кюри) и определения нар/метроа решетки ренкеновсотши меюдами.

5 Исследование генетических параметров CTpyKiypnoio сосюяння основных породообразующих минералов железистых кварпиюв Осушеавпяется с использованием рентгеновскою структурного анализа

6. Построение модели железнсгою кварцита с ссшветсшуюшей иерархией дефектности н напряженна на основе данных о его cocíate, cipoeimii и cipyKiypiiuM

СОСТОЯНИИ.

7. Анализ потенциально bojmouuiux иеханнзмов неуируюго поведения женелкюю кварцита под действием механических натрузок в существующих процесса* рудопсдгиговки (БИС, дробление, измельчение)

В. Технологнческий прогноз качества железосодержащею коннешрата как функции нескольких наиболее значимых параметров, отражающих особенноеш соснва. строения и структурного сосюяши железистою кварщна Уравнения корреляции рассчитываются методами множественной ретресши

Для расчета такою уравнения в настоящей работе использовался современный нрщраммный продукт STATISTICA® Зависимость между содержанием железа н концентрате (i и комплексом параметров, несущих информацию о составе, cipoeiimi и структурном состоянии железистых киарцшов, преднолаталась линейной Вычисления производились меюдом пошшовой peipecciin включения.

Таким образом, была получена следующая завнспнос1ь, в которой в камееше перемешай величин выс1унаюг параметры, характеризующие i еые i пческне особенности состава, ароенин н структурно] о состояния Mai не un а же не me i их кварцитов:

230,97 cl » 0,86 Г i 57 е 65,05 р1К1 К) и - 2,88 К',,, - 0,04 -Ма.оз - 2368,58 , (II)

|де d параметр peuieiKH магнегша, Á; Т- температура Кюри Maiнешта, °С; Е - относительная деформация машет та,

р,ш • истинная пло1нос1ь дислокаций в зернах матеппа, х|()'2см 1С',, V - сумма дефектов упаковки машеима; Mnuj - содержание зерен Mai не una размером менее 0,U3 мм. Ктффицнеш мшькесшенний корреляции II данною уравнения lui ынлж i tt,8О, а кчиффиннемг лекрмиишиш Ш равен 0,74 Таким обратим, посфт'нн.и рецкчеия обьясняе! 7-1 % ратброса тначеннй ишисик'иыи) ipejuiem, чш ими.ич прием !|<м 11м pe^jiiiainM 'нтя такт о с южною ппииминеранымт пбр.номнни i и

железистпг кварциты МГОК&.

Расчет прогнозируемого качества концентрата, получаемого из власти, содержащей несколько разновидностей железистых кязршггоз, осуществляется по формуле:

Р - С1р1 + СаПд + ... + СвРв, (12)

где Р|. рз, ...р, - прогнозируемое сомрг.аиие железа в той или иной раанопниюгти кзерщпгов;

С|, С;,... с, - содгртшт разиовишшети в рудной пикте.

Дня получения зддштего значения качегтва канигнгрглс игобходжо решить обратную задачу, т.е. согтавить шихту из соотсетстаугацж долей руды рилиташ разновидностей.

Твю.м образом, учет параметров гтрукгурного состоится кепаислгьк кварцитса наряду с колаго-шв1ералогш:с!ж.ш филерами позволяет еущеси^М'.о расширить .чаше иргг-ялтленяе с5их поседении в прэцггеах рудсподгогоккл, й гаже с:у1цестс:!.1П'ь более точный прогноз качественных шнжмтглгй обогащгкил.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ¿гн^ергсглпшг.'; работе дао новое ргш;:п» ютугтмюП шучлоГ: сг^та ус-.аноглсшч сл.слаы гсиличеизк сесбгкпсгтгГ »егглюшх гваршгтов на способнак рзскрыги.0 н рздяйгаи) «голи для обгепечад»

дое-.-о'-еркоп» 1фогаоаа кзшкчкш кгляа ¡г коинготрат.

Оепоилгаг »гаучгенпрзкть-вси« '. .резудьтсад проггг-яаак сзтсрстг исследзсакай »шочг:о7Ся и ыкдующк«:

1. Успалш&ю, что жглс»»ткс ы^ридш Мйсзйдэзйкого г массиве различ»отск ес токш> по иззесгпаы фпзегэ-мшгчелззд и ыащЛяого-иетрогртфическим повгзмглш, ко и по ряду сгршзтрсг их стружурпзго сост-даш, характеризующих ьели'вшу остато'-Еюг копрягсс-ци! и дзфгхписть 1рисп-Л1КР1:и'.с.Ч ретасткн породообразующих юшградзв. ' -

2. Установлен!.: телдгицгк «таекеши иглряадакэго состслеу: к дсфк.гдай структуры основных породообрмующга шзярглоз желгзи<уг;х>; кеяриягоз Михайловского месторождения.

3. Выполненный иа осмосе еизшш генетических оеобишоетей ксерцигов прогноз изменения ил. технологических свойств позеоки устакомггь, 1гго ухудшен::; обогатююсгк квцадитсв ка м&сторогдапш происходит в силу следующих причин:

- возрастание исстеоюыетрнк иггеетоте иувипизта еодерзаши м&тенкгд;

- рост козрщгпшшй силы магнетитй; • '

- разупрочнишг ксгнеила, прааздад.со к его щчаоиешлъою и агтерям я тхмюч

- разупрочнение мариа, _ -^несодяэд; к его пе^гизмельчаию* 1: говлстешво с

игппгпг^'» фло'сугы;

- ухудшение мклгр^лсго-пгтрогр^фтгггскги пригигкоэ српстиошдхса минералов.

4. Установлено, что с упедкчекием глубины добычи кварцитов возможно ыгилгип; качества получаемого концентрате, ссяггдшо"! с ргзупрочнениен зерен гг гнетт-а н ухудаешген расгринчелостн аереи рудных н нерудных минералов.

5. Устзцсзлено, что в кякноЛ чгстн месторогздеши качество концентрата снижается з сл:и с ростом кестехноыетрт! »¿гнетгга, увеличением ею коэрцмпгеной силы и рззупрочнегшем зерен кварца.

6. РпзраСотян метод спт::т,:нзщпш усрг;::1;П!М ;г5дгз:ютих га^риитез с учетом !Г\ ггнггичеснк особенностей, отипгющнйся тг;г», тто ч его ссносе лс::;нт прогноз глчества получаемого железосодержащего концентрата, выполняемый с лспэл-ззпг-кигм мисгофггсгсрного критерия, упгтшгющего наряду с размерами зерен тшетига т?.1а!е яграмцтры со структурного состояния, как размер злгментгрной ¿чгКгл, относительная деформация, пстиндгя плотность дислокаций и сумма дефг.ггоз упаковки, а также значения темперазуры Кюри магнетита.

7. Рагргботашпте методические указшш г.о прогнозу качеста К'.глезссодер7.:ащего концентрата приняты для использования а ОАО «Михайлосскчй ГОЮ; для ептимтэдш процессов рудоподготогки железист, гх кварцитов.

Осиогнне положения диссертации опуСлтсосани п следующих работах:

1. Зильбершмидт М. Г., Шгедов П. М., Беденхо В. Е. Влизнне СВЧ-воздейств!м на тлотке споГ;ствз окисленных ¡гелезнспгх кварцитов. -М.: ГИАБ МГГУ, 1996, №5, с. 60-63.

2. Дмитриев А. П., Зильбершмидт М. Г., Бедеико В. Е. Влияние остаточных ¡¡лпргахний на процессы дезинтеграции руд //Сб. науч. тр. Совершенствование технологии обогащения комплексных полезных ископаемых. -М.: МГГУ, 1956, с. 122-123.

3. Беденко О. Е., Веяесевич И. В. Пространственное изменение структурных пг.раметров, шпдюцих па глапштиыг свойства магнетита Михайловского иесторогздения 1ША //Сб. науч. тр. Совершенствование технологии обогащения копплгтшх пслгзшк ископаемых. -М.; МГГУ, 1998 (в печати).

4. Бедеико В. Е. Влияние структурного состояния железистых кварцитов МГОКа на их технологические свойстаа //Сб. науч. тр. Совершенствование технологии обогащения комплексных полезных ископгемых. -М.: МГГУ, 1993 (в печати).

5. Зильбершмидт М. Г., Бедеико В. Е., Гзогян Т. Н. О взаимосвязи структурного состо.'нтя железистых кварцитоз .МГОКа с технологическими свойствами. -М.: П1АБ МГГУ, 1993, № 6 (в печати).

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

БЕДЕНКО Владимир Евгеньевич

УДК 622.02: 622.341.1

РАЗРАБОТКА МЕТОД А ОПТИМИЗАЦИИ ПЮЦЕССА

УСРЕДНЕНИЯ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ С УЧЕТОМ ИХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ

Специальность 05.15. 11 - "Физические процессы горного производства"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Дмитриев А. П.

Москва -1998

.............. ....... .................. ✓

:ßiU3li.KTOB 'Oft ' 1» , _____ _________________________________„ <f

рудополготовки

..............................s

■зястыл. кварцитов

' - ^ ' -- • ' состава, строения

■ ; i ï!" -ï<> fío ¡ ().< илг> ^^

, .,.„.» _.»-„*. i \ -», ,„„.„..„,....................................................,......

j-.i, осооетюсШ состава л стмослкя Жсто^логьоч Ковриги.он

. :: ...,о;,:оо:оо...................................................... ^

¿¿Г W

s -i I- Ь

, П," !Г -

I ' с "П" ti j. « 'j /iw ' ' J ...LÍíU.ÍVi i-iflvVif/l^ Ciiui&iyii........................

4S

USSY SJ?

. \ :i ,1'A^'Ji»Kl оме i ос.............................................................................

f > s • > t «j V » и >- _s. ' "> i <- « « • <.« й CTOVKTVObl • ' : ' . , -

! < * Í J » * Í. "I*?*. J 2 . - » « «.v.* я X ^

4 F.

- \ .....................46

t тг - , i ]751 \T0]"РТлТНОЙ

............................................ .... ................ W

91

íí Ь i.*'* - * > i Ч 4 < t \

II i » >1 » 4 n »TT1 . )•• ) >ü > J 4 "> ,

i »<»• < > -t ' •• < , 'vlH /X» •» 'xrlyt ....................

• í i M » Л

' í

» < '

......... ........... /¿£>

............ wins .... /-?/

"ТАТТТЛТ

/Z2

<1 Î J /-i ,) i t . < ^ - i . í > /^f^

w ^ i".' I l'/li f '.»«'•if'lf! 'll4<_< '.i/" • - '

fJV

_ ... ........................................................................................................f{0>

-T-V.--.-............................................... /VZ

мл.....................................

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Анализ динамики изменения производственных показателей предприятий России по добыче железной руды свидетельствует о наметившейся тенденции ухудшения горногеологических условий их разработки. По мере расширения и углубления фронта добычных работ в переработку вовлекаются разновидности руд, технологические свойства которых отличаются от добываемых ранее. Так, для месторождений железистых кварцитов наблюдается увеличение неоднородности поступающей на переработку рудной массы, вызывающей как снижение качества получаемого концентрата, так и рост потерь железа вследствие проведения операций обогащения в неоптимальных режимах. Кроме того, недостаточное знание природы изменения технологических свойств железистых кварцитов в рудной толще снижает возможности их учета при планировании и организации горных работ.

В этих условиях возникает необходимость выяснения истинных причин ухудшения пригодности железистых кварцитов к переработке, наблюдаемого обычно на практике. Традиционные представления, основанные на учете структурно-петрографических признаков, к сожалению, не всегда позволяют объяснить наблюдаемые изменения. Кроме того, установление закономерностей наблюдаемых вариаций параметров обогатимости кварцитов необходимо для повышения надежности прогноза их возможных изменений при развитии фронта горных работ.

Особое значение эти исследования имеют для железистых кварцитов Михайловского ГОКа КМА (МГОКа), отличающихся своим изменчивым составом и строением.

Последние достижения физики горных пород свидетельствуют об определяющем влиянии генетических дефектной структуры породообразующих минералов и остаточных напряжений в них на технологические свойства руд.

Использование новых представлений о механизме и закономерностях влияния параметров структурного состояния полиминерального агрегата железистых кварцитов на их технологические свойства позволяет повысить достоверность прогноза и тем самым обосновать новые критерии

оптимизации процесса рудоподготовки, предотвращающие непредвиденное ухудшение качественных показателей получаемого железосодержащего концентрата.

В этой связи установление влияния генетических особенностей железистых кварцитов на их способность к раскрытию и разделению минеральных частиц для обеспечения достоверного прогноза извлечения железа в концентрат является актуальной научной задачей.

Цель работы заключается в установлении закономерностей влияния генетических особенностей железистых кварцитов на раскрытие и разделение минеральных частиц для разработки метода прогноза качества концентрата, позволяющего оптимизировать процесс усреднения.

Идея работы состоит в использовании установленных генетических особенностей структурного состояния железистых кварцитов, обусловленных остаточными напряжениями в зернах породообразующих минералов, дефектностью и нестехиометрией оксидов железа, для прогноза качества получаемого железосодержащего концентрата и оптимизации процесса усреднения.

Структура диссертации определена следующим кругом задач, решаемых для достижения поставленной цели:

1. Выбор методики проведения исследований состава, строения и структурного состояния железистых кварцитов для выявления различий, обусловленных их генезисом.

2. Исследование вариации состава, напряженного состояния и дефектной структуры железистых кварцитов в рудной толще.

3. Анализ влияния генетических параметров структурного состояния железистых кварцитов на их технологические свойства.

4. Разработка метода прогноза качества получаемого железосодержащего концентрата с учетом данных о составе, строении и структурном состоянии железистых кварцитов.

5. Обоснование рекомендаций по оптимизации процесса усреднения.

Основные научные положения и новизна:

1. Количественное описание генетических особенностей железистых кварцитов целесообразно осуществлять с использованием как традиционных геолого-минералогических показателей, так и параметров их структурного состояния, характеризующих иерархические системы

остаточных напряжений и дефектов полиминерального агрегата и его компонентов.

2. В пределах Михайловского месторождения железистых кварцитов параметры их структурного состояния изменяются с глубиной и по простиранию, предопределяя вариацию их технологических свойств, проявляющуюся в изменении способности полиминерального агрегата к раскрытию и разделению минеральных частиц.

3. Нестехиометрия магнетита в железистых кварцитах МГОКа, вызванная изменением в нем содержания железа от 67 до 72,38 %, по-разному варьирует в технологических сортах руд, усиливаясь в труднообогатимых и уменьшаясь в легкообогатимых, а также возрастает в направлении с севера на юг рудной залежи.

4. Повышение надежности прогноза качества концентрата, получаемого в условиях МГОКа, достигается при использовании уравнения множественной регрессии, учитывающего, помимо содержания зерен магнетита размером менее 0,03 мм, также параметр кристаллической решетки, температуру Кюри, относительную деформацию, истинную плотность дислокаций и сумму дефектов упаковки магнетита.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются: качественным совпадением результатов теоретического и экспериментального исследований; масштабом проведенных экспериментальных исследований; высокой надежностью и точностью применявшихся апробированных методик экспериментальных исследований, лабораторного оборудования и методов обработки экспериментальных данных.

Научное значение работы заключается в разработке физико-технических основ принципиально нового подхода к решению задачи прогноза технологических свойств железистых кварцитов в процессах их рудоподготовки. В данной работе показана возможность осуществления такого прогноза и разработана методика его проведения, отличающаяся от традиционной учетом вклада остаточных напряжений и дефектной структуры рудообразующих минералов. Исходными для прогнозирования данными являются значения параметров, характеризующих состав, строение и структурное состояние образцов керновых проб железистых кварцитов из интересующего участка месторождения получамые с

помощью методов рентгеновской дифрактометрии, оптической и электронной микроскопии, магнитометрии.

Практическая ценность работы состоит в разработке метода оптимизации процесса усреднения железистых кварцитов с учетом их генетических особенностей, который включает прогноз качества концентрата, получаемого при существующей технологии рудоподготовки, и обоснование содержания железистых кварцитов различных генетических типов в рудной шихте для получения необходимого содержания железа в концентрате.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Исследования, представленные в настоящей диссертации, выполнялись в рамках "НИР" МГГУ: "Анализ изменения параметров состава, строения и структурного состояния железистых кварцитов МГОКа с целью обоснования рекомендаций по повышению эффективности их добычи и переработки".

Разработанные методические указания по прогнозу качества железосодержащего концентрата приняты для использования в ОАО "Михайловский горно-обогатительный комбинат" для оптимизации процессов рудоподготовки железистых кварцитов.

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты исследований опубликованы в 5 работах и докладывались в ходе научных симпозиумов "Неделя горняка" (Москва, МГГУ, 1996, 1997, 1998 гг.).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений, содержит 39 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 83 наименований, изложена на 164 страницах машинописного текста.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОБ УЧЕТЕ ВЛИЯНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ НА ПРОЦЕССЫ ИХ РУДОПОДГОТОВКИ И ОБОГАЩЕНИЯ

1.1. Основные тенденции развития рудоиодготовки железистых кварцитов

Железистые кварциты, слагающие железорудные месторождения древних метаморфизованных толщ докембрия в настоящее время

обеспечивают около 80 % современного мирового производства товарной железной руды и практически все ее производство в России (месторождения КМА. Карелии и Урала) [1]. Динамика изменения

качества добываемых железистых кварцитов показывает, что содержание в них полезных компонентов систематически снижается. Кроме того, в переработку вовлекаются все более трудиообогатимые руды, характеризующиеся тонкой вкрапленностью рудообразующих минералов и сложными типами срастаний рудных и нерудных минералов. Всвязи с этим обогащению подвергают сейчас до 90 % добываемых железистых кварцитов [2].

Стандартным показателем необходимой степени измельчения для высвобождения минералов стал размер 74 мкм. В настоящее время некоторые типы железистых кварцитов можно разделить на минеральные фазы только при измельчении до 50 мкм. Столь тонкое измельчение всей рудной массы вызывает, как правило, переизмельчение части железосодержащих минералов. При этом резко возрастает удельная поверхность материала, что создает качественно новые условия, влияющие на протекание всех процессов обогащения, и служит одним из основных источников потерь железа на обогатительных фабриках. В процессе измельчения магнетита нарушается его первичная доменная структура, что прежде всего обусловливает рост коэрцитивной силы частиц [3]. Это способствует повышенной флокулятши тонких частиц и захвату во флокулы значительного количества нерудных частиц, разубоживагащих концентрат, что снижает эффективность разделения магнетита и нерудных минералов (содержание железа в концентрате уменьшается на 1-^3%). В то же время удельная магнитная восприимчивость магнитных частиц размером менее 20 мкм резко уменьшается, что обусловливает потери тонко переизмельченного магнетита в хвостах.

Кроме того, осложнилась проблема влияния обогатительного

производства на окружающую среду. Это в первую очередь связано с необходимостью выделения значительных земельных угодий под хвостохранилища и пылением тонкоизмельченного материала.

Значительно увеличилась изменчивость технологических свойств руды, поступающей на обогащение. Руды большинства разрабатываемых месторождений обладают неравномерным минеральным составом и текстурно-структурными свойствами. Каждый участок такого месторождения с технологической точки зрения является, по сути, отдельным месторождением и требует индивидуального подхода при рудоподготовке и обогащении. Поэтому применение массовых методов добычи, исключающих возможность селективной выемки, привело к резкому увеличению неоднородности обогащаемого сырья и смешиванию технологически несовместимых типов руд. По данным НИИКМА среднеквадратическое отклонение содержания железа в рудах КМА по сменам и суткам составляет по карьерам: Лебединскому стсм = 1.16 -г 1.31, асут = 0.92 -г 0.93; Михайловскому ссм = 1.04 -т- 1.30, асуг = 0.85; Стойленскому асм = 2.33 -ь 1.83, асут = 1.71 -г 2.55. Как следствие, возросли потери железа из-за проведения операций обогащения в неоптимальных режимах. На обогащение стала поступать, по сути, не руда, а горная масса.

С углублением месторождений, расширением их сырьевой базы значительно ухудшаются горно-геологические условия добычи и качество добываемых руд. Как правило, возрастает количество труднообогатимых разновидностей руд.

Все изложенное выше предопределяет необходимость поиска методов оптимизации существующих процессов рудоподготовки. В настоящее время в данной области актуальными являются следующие проблемы:

- Совершенствование технологического прогноза качества железорудного сырья и получаемого из него концентрата;

- Рациональное использование энергии взрыва при проведении БВР;

- Совершенствование операций по формированию качества горной массы на стадии ее усреднения;

- Совершенствование системы дробления и измельчения руд.

На современном этапе при прогнозе качества железорудного сырья и получаемого из него концентрата широко используются ЭВМ. Исходными для расчета являются данные поступающие из геологического отдела.

химической и рудоиспытательной лаборатории ГОКа. Геологи указывают

номер и координаты скважины, номера проб, интервалы опробования, категории пород по буримости. Химическая лаборатория дает результаты химического анализа железистых кварцитов - содержания Ре, Рем , РеО, 8Ю2, На2 + К20. Рудоиспытательная лаборатория указывает технологические показатели руд (}3 - содержание Ге в концентрате, у -выход концентрата, V - содержание Ре в хвостах, с] - измельчаемое! ь) по каждой пробе. Результаты решения задачи поступают в геологический отдел и представляют собой геолого-технологическую оценку толщи железистых кварцитов.

Опыт работы ГОКов показывает, что, не смотря на детальное геолого-технологическое картирование с учетом всех выявленных ранее закономерностей изменения состава и свойств кварцитов и взаимосвязей их с технологическими свойствами, зачастую не удается добиться: ожидаемого качества концентрата. Недостатки при прогнозе качества железорудного сырья влекут за собой ошибки при проведении последующих технологических процессов.

Это свидетельствует о необходимости совершенствования существующих и разработке новых методов прогноза, позволяющих учитывать некоторые, неподдающиеся рассмотрению при традиционном анализе, особенности состава и строения железистых кварцитов.

Для обеспечения устойчивых технологических показателей обогащения необходимо равномерное питание мельниц шихтой руд со строго-определенным соотношением железосодержащих минералов, с близкими текстурно-структурными признаками и физико-механическими свойствами. В практике горно-обогатительных предприятий для достижения этих целей широко используется усреднение. Усреднение руд происходит в цикле карьер —» усреднительный склад —> усреднение на обогатительной фабрике. Операции по усреднению горной массы осуществляются на основе геолого-технологической документации месторождения: результаты химического, фазового и технологического анализов проб эксплуатационной разведки, соотношение технологических сортов - минералогических разновидностей и их технологических показателей в определенном объеме руды.

Недельное, суточное и сменное планирование качества сырой руды достигается внутрикарьерным усреднением на основе информации по результатам эксплуатационного опробования. Оперативное управление качеством сырой руды в режиме усреднения ведется на основе

запланированных объемов на смену путем регулировки нагрузки на забой с известными показателями качества руды [67, 68].

Научные исследования в области разрушения железистых кварцитов проводятся в направлении совершенствования существующих и создания новой буровой техники и технологии бурения взрывных скважин; улучшения существующих и изыскания новых методов разрушения рудного массива взрывом [4,5,6,7,8].

К числу общих задач совершенствования рудоподготовки относят изучение возможности повышения общей эффективности сквозной экономии энергетических затрат. Так, для снижения энергетиче�