CC BY
32
УДК 622.734:622.76
ИССЛЕДОВАНИЕ СОХРАННОСТИ ПРИРОДНОГО КАЧЕСТВА АЛМАЗОВ В ПРОЦЕССЕ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ КИМБЕРЛИТОВ В МЕЛЬНИЦАХ МОКРОГО РУДНОГО САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ «SVEDALA 50x23 EGL»
© А.А. Шишкин1, А.П. Миронов2
1ОАО «Иргиредмет»,
664025, Россия, г. Иркутск, бул. Гагарина, 38. 2Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты исследований повреждаемости алмазов в процессе мокрого рудного самоизмельчения кимберлитов в мельницах «Svedala 50x23 EGL». На основе полученных результатов исследований оптимизирован скоростной режим мельниц «Svedala 50x23 EGL» с целью повышения сохранности природного качества добываемых алмазов. На основе физической закономерности повреждаемости алмазов разработана математическая модель, которая адекватно описывает механизм разрушения алмазов при переходе от водопадного к каскадному режиму работы мельниц. Ил. 1. Табл. 3. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: дезинтеграция; исследование; мельница мокрого рудного самоизмельчения; повреждаемость алмазов; алмазы-индикаторы; скоростной режим; математическая модель.
STUDYING DIAMOND NATURAL QUALITY INTEGRITY UNDER KIMBERLITE DISINTEGRATION IN WET ORE AUTOGENOUS MILLS «SVEDALA 50x23 EGL» A.A. Shishkin, A.P. Mironov
JSC «Irgiredmet»,
38 Gagarin Blvd., Irkutsk, 664025, Russia. Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article presents the study results of diamond damageability during wet ore autogenous grinding of kimberlites in «Svedala 50x23 EGL» mills. Based on the obtained study results the speed mode of «Svedala 50x23 EGL» mills has been optimized in order to improve the integrity of natural qualities of mined diamonds. Physical laws of diamond damageability serve the basis for developing a mathematical model that adequately describes the mechanism of diamond destruction under transition from tumbling to cascade operation mode of mills. 1 figure. 3 tables. 3 sources.
Key words: disintegration; study; wet ore autogenous mill; diamond damageability; diamonds-indicators; speed mode; mathematical model.
В технологии рудоподготовки на одной из алмазо-извлекательных фабрик АК «АЛРОСА» для дезинтеграции кимберлитов используются мельницы мокрого рудного самоизмельчения (ММС) фирмы «Metso Minerals» с размером барабана D*L (диаметр x длина) =5000x2300 мм «Svedala 50x23 EGL». В мельницы поступает исходная руда после дробления крупностью -400 мм и надрешетный продукт первой стадии грохочения крупностью + 32 мм (циркуляция мельницы мокрого самоизмельчения). Скорость вращения барабана мельниц по проекту составляла 80% от условной критической пкр, рассчитанной по формуле пкр=42,3Л^, мин-1, где D - внутренний диаметр барабана мельницы.
С целью выявления реальной ситуации с повреждаемостью алмазов на указанной действующей фабрике в условиях рудоподготовки были выполнены
исследования сохранности природного качества алмазов с использованием коллекции окрашенных алмазов-индикаторов крупностью -4,75+2 мм. По данным технологических опробований установлен высокий уровень повреждаемости кристаллов в процессе мокрого самоизмельчения кимберлитов при скорости вращения барабана мельниц 80% от условно критической. Общее количество зафиксированных повреждений в процессе измельчения алмазов-индикаторов увеличилось на 29-43% от исходных значений, а потери общей массы вследствие имевших место сколов и обколов кристаллов составляли 3-8%.
В связи с выявленной на фабрике АК «АЛРОСА» высокой повреждаемости алмазов было принято решение о целесообразности проведения дальнейших исследований по оптимизации процесса измельчения кимберлитов. Для изменения траектории движения
1Шишкин Анатолий Анатольевич, старший менеджер коммерческого центра, тел.: 89025111817, e-mail: [email protected] Shishkin Anatoly, Senior manager of Commercial center, tel.: 89025111817, e-mail: [email protected]
2Миронов Александр Петрович, кандидат технических наук, доцент кафедры общеобразовательных дисциплин, тел.: 89501016821, e-mail: [email protected]
Mironov Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of General Studies, tel.: 89501016821, e-mail: mironoff.alexander @ yandex.ru
рудной загрузки в барабане мельниц «Svedala 50*23 EGL» и смещения её в сторону каскадного (более щадящего для алмазов) режима потребовалась регулировка работы привода мельницы. С этой целью двигатель одной мельницы был оснащён частотным преобразователем и проведены сравнительные промышленные испытания самоизмельчения на мельницах «Svedala 50x23 EGL» при разных скоростях вращения барабана. Для обеспечения равных условий эксперимента исследования проводились при одинаковой степени заполнения барабана рудным материалом -26-27%, на всех скоростных режимах измельчения. В течение всего периода испытаний на фабрику подавалась руда с одного участка месторождения. Водный режим измельчения поддерживался в автоматическом режиме 62-70% твердого, а фактический водный режим, по данным опробования, составил 57,4-65,9% твердого. В сравнении с проектным (паспортным) скоростным режимом измельчения производительность мельницы «Svedala 50x23 EGL» по исходной руде при обработке аналогичной руды с понижением частоты вращения до 65% уменьшилась на 16,8%.
Перед началом испытаний была проведена большая подготовительная работа по тщательному отбору равноценных по прочностным характеристикам алмазов-индикаторов крупностью -4,75+2 мм. С использованием таблиц случайных чисел вся коллекция была разделена на партии, по 250 кристаллов каждая, с учетом равномерного включения в каждую партию алмазов-индикаторов, имеющих как внутренние, так и внешние дефекты.
Анализ результатов испытаний позволил установить зависимость качественных характеристик и приобретённых повреждений готовой продукции от скоростного режима самоизмельчения. В частности, было определено, что снижение скорости вращения барабана с 80 до 65% от критической позволяет уменьшить общее количество повреждённых кристаллов с 28,8 до 15,5%, а повреждённых кристаллов с потерей массы - с 9,2 до 5,7%. Потеря массы алмазов-индикаторов, обусловленная сколами и расколами кристаллов, при скорости вращения 65% составила 0,8% против 1,45% при паспортной скорости. В соответствии с экспериментальными данными, полученными в ходе испытаний, предварительной сопоставительной экономической оценкой затратной части и стоимости готовой продукции, было сделано заключение о целесообразности изменения режима измельчения кимберлитов в мельнице «Svedala 50*23 EGL». В качестве оптимальной принята скорость вращения барабана 65% от условной критической, в сравнении с паспортной величиной она обеспечивает существенно лучшую сохранность алмазов [1].
В настоящее время все мельницы «Svedala 50x23 EGL» переведены на скорость вращения 65% от условной критической скорости вращения барабана посредством установки новых редукторов с большим передаточным отношением.
Как известно, процесс измельчения в мельницах мокрого рудного самоизмельчения протекает в каскадном, смешанном и водопадном режимах. Каскад-
ный и водопадный режимы являются крайними режимами процесса самоизмельчения, и доля их участия в процессе зависит от скорости вращения барабана. При смешанном режиме работы мельницы каскадный и водопадный режимы присутствуют одновременно в разных соотношениях [2].
Количество соударений различных кусков руды или кристаллов алмазов при каскадном режиме самоизмельчения пропорционально времени. Это обстоятельство нашло отражение в полученном ранее, в результате лабораторных экспериментов, уравнении кинетики повреждаемости кристаллов алмазов в процессе рудного самоизмельчения в каскадном режиме [3].
Если рассматривать количество соударений в единицу времени, меняя только скорость вращения барабана мельницы, то при сохранении каскадного режима измельчения количество соударений будет прямо пропорционально скорости вращения барабана. То есть скорость в данном случае будет выполнять функцию времени в уравнении кинетики. При дальнейшем увеличении скорости каскадный режим постепенно переходит в водопадный, который характеризуется ударными нагрузками, где наносимые повреждения кристаллам пропорциональны скорости соударения кусков. С учетом изложенных выше положений, определяющих влияние режимов самоизмельчения на качество готовой продукции, уравнение, связывающее количество повреждённых в процессе самоизмельчения в ММС кристаллов алмазов со скоростью вращения барабана, будет иметь вид
= -(а + РУ)С,
(1)
где С - доля неповреждённых алмазов, %; а - коэффициент повреждаемости кристаллов алмазов в каскадном режиме самоизмельчения; р - коэффициент повреждаемости кристаллов алмазов от ударных нагрузок при водопадном режиме самоизмельчения; V - скорость вращения барабана мельницы (пропорциональна скорости вращения барабана, выраженной в % от условно критической).
После преобразования уравнение (1) будет иметь следующий вид:
<с
~С
= -(а + РУ )<У;
1п С = С-аУ -1 РУ
(2)
Идентификацию полученной зависимости проведем по экспериментальным данным, полученным в ходе промышленных испытаний и представленным в табл. 1.
Прологарифмировав значения С, из табл. 1, построим график зависимости 1пС, от скорости вращения барабана мельницы V (рисунок).
2
Таблица 1
Результаты промышленных испытаний повреждаемости алмазов на разных скоростях вращения _барабана мельницы_
Номер Скорость вращения барабана, % от Доля нарушенных Доля неповреждённых
опыта условно критической скорости алмазов-индикаторов,% алмазов-индикаторов С,, %
1 80 29,1 70,9
2 75 19,8 80,2
3 70 17,5 82,5
4 65 15,5 84,5
5 60 15,4 84,6
Зависимость IпС, от скорости вращения барабана мельницы V
Из рисунка видно, что зависимость 1пС, от V имеет вид параболы, что соответствует уравнению (2).
Для того чтобы провести идентификацию зависимости (2) методом наименьших квадратов, необходимо ликвидировать корреляционную зависимость между V и V , что достигается путем переноса начала координат в середину интервала по скорости V и замены переменных по формулам:
= *—70; х = (*—70 )2; у = 1п С. 1г 10 10 г При этом уравнение (2) будет выглядеть как у = а0 + агху + а2х21. Идентификацию линеаризованного уравнения проведём методом наименьших квадратов. Для этого составим таблицу (табл. 2).
Произведём расчёт и получим следующие значения:
а = 4,4223 ; а = -0,0812 ; а2 = -0,0714; у = 4,4223 - 0,0812х1г - 0,0714х2г;
А _ 4,4223-0,0812х1;-0,0714х2; = е ,
где ( - расчетное значение доли неповреждённых алмазов.
В исходных переменных эта зависимость будет выглядеть как
А _ 1,4921-0,0918*;-0,000714*2 с =е .
Доля нарушенных алмазов У, расч в процентах будет рассчитываться с помощью формулы
г1ррас=100% - с =
= 100% - е
1,4921+0,09184*-0,000714* 2
Таблица 2
Результаты идентификации линеаризованного уравнения (2)_
Номер опыта V, % от крит. У = 1п С хи Х2/ х2 Л21 Хи Х21 Хц У■ Х2! У' У У - У С С
1 80 4,261 1 1 1 1 1 4,261 4,261 4,270 -0,009 71,522 70,9
2 75 4,384 0,5 0,25 0,25 0,0625 0,125 2,192 1,096 4,364 0,020 78,571 80,2
3 70 4,413 0 0 0 0 0 0 0 4,4223 -0,010 83,288 82,5
4 65 4,437 -0,5 0,25 0,25 0,0625 -0,125 -2,218 1,10925 4,445 -0,008 85,200 84,5
5 60 4,438 -1 1 1 1 -1 -4,438 4,438 4,4321 0,006 84,108 84,6
I - 21,933 0 2,5 0 2,125 0 -0,203 10,904 - - - -
Таблица 3
Сравнительные данные экспериментальных и рассчитанных по математической модели значений повреждаемости алмазов от скорости вращения барабаны мельница
Номер опыта V,, % от крит. yi экс. , % Yi расч. , % (Yi расч.' уср) (Yi расч ' yi экс)
1 80 29,1 28,478 81,324 0,387
2 75 19,8 21,429 3,877 2,654
3 70 17,5 16,712 7,551 0,621
4 65 15,5 14,800 21,72 0,49
5 60 15,4 15,892 41,370 0,242
Среднее значение I
19,46 19,4622 155,842 4,394
Для сравнения расчётные и экспериментальные значения представлены в табл. 3.
Адекватность полученной математической модели можно оценить с помощью критерия Фишера: 155,842 5 - 3
F =■
найд
= 35,467 > FKP =
4,394 3 -1 =19,0 (а=0,05).
Исходя из этого соотношения, можно заключить, что полученная зависимость адекватно описывает экспериментальные данные. Однако в связи с тем, что при выборе механизма повреждаемости алмазов мы ограничились областью сосуществования одновременно двух режимов - каскадного и водопадного, то и
полученное уравнение будет справедливо только в ограниченной области по скоростям вращения барабана мельницы. Эта область может быть ограничена по нижнему пределу приблизительно 60%, а по верхнему - 88% от условной критической скорости вращения барабана мельницы.
Таким образом, основываясь на полученных результатах, авторы пришли к заключению о том, что экспериментальные данные повреждаемости алмазов в приведённом скоростном интервале корректно описываются разработанной математической моделью, которая может быть использована для прогнозирования и оценки качества готовой продукции при проектировании алмазодобывающих предприятий.
Библиографический список
1. Шишкин А.А., Прокопенко А.В. Повышение сохранности в процессе мокрого самоизмельчения // Обогащение руд: сб. науч. тр. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. С. 41-43.
2. Перов В.А., Андреев Е.Е., Биленко Л.Ф. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра,
1990.
3. Шишкин А.А., Миронов А.П. Исследование кинетики повреждаемости алмазов в процессе мокрого рудного самоизмельчения // Вестник ИрГТУ. 2013. № 4 (75). С. 126-130.
