CC BY
7
15. Klyuev R.V., Golik V.I., Bosikov I.I. Complex assessment of hydrogeological conditions of formation of mineral water resources of the Nizhne-Karmadonskoye deposit // Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering. 2021. Vol. 332. No. 8. 206-218.
16. Komashchenko V. I. Ecological and economic feasibility of utilization of mining waste for the purpose of their processing // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2015. Issue 4. pp. 23-30.
17. Klyuev V. R., Bosikov I. I. Gavrila O. A. improving the efficiency of relay protection in mining and processing plant // proceedings of the Mining Institute. T. 248. P. 300-311.
18. Razorenova E. Yu., Babkin V. A. Proposals for expanding the mineral resource base of coal mining enterprises // Materials of a scientific conference with international participation. Institute for Industrial Management, Economics and Trade. In 3 parts. 2019. pp. 687690.
19. Experience of underground leaching of metals from balance reserves of ores / V.I. Golik, V.I. Komashchenko, Yu.I. Razorenov, N.G. Valiev // Izvestiya Ural State Mining University. 2017. No. 2 (46). pp. 57-62.
20. Methodological provisions of a comprehensive environmental assessment of the impact of rock dumps of mines on the environment / V.I. Efimov, G.V. Stas, T. V. Korchagina, D.O. Prokhorov // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2020. Issue 3. pp. 18-28.
УДК 504.55.054:622(470.6) DOI 10.46689/2218-5194-2021-4-1-322-330
ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ РУД К КУЧНОМУ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЮ
В.И. Голик
Рассмотрены вопросы реагентного выщелачивания металлов в штабелях в историческом срезе. Показано, что более 1/3 отбитой руды по крупности не отвечает условиям извлечения из нее металлов и требует доизмельчения. Рассмотрены особенности мельниц и определены преимущества измельчения в скоростной мельнице-дезинтеграторе. Приведены сведения о новациях при оптимизации измельчительного оборудования, которые позволяют снизить себестоимость продукции на 10...15 %.
Ключевые слова: выщелачивание металлов, штабель, руда, извлечение, металлы, измельчение, мельница, дезинтегратор, окружающая среда.
Темпы добычи металлического сырья опережают возможности его переработки. Применяемые меры предотвращения негативного воздействия отходов на окружающую среду создают опасность генерации новых мобильных продуктов [1 - 4].
Актуальность проблемы увеличилась в связи с переходом горных предприятий на технологии с закладкой технологических пустот твердеющими смесями, сырьем для которых могут быть хвосты обогащения при условии, что они не содержат неизвлеченные металлы [5 - 8].
Модернизация обогатительных процессов осуществляется путем освоения технологий выщелачивания металлов. В связи с многообразием металлических руд схемы выщелачивания разнообразны. Процессы выщелачивания могут характеризоваться на примере урана (рис. 1).
Пульпа на сорбцию
Рис. 1. Схема извлечения урана выщелачиванием
Успех извлечения металлов из породной матрицы зависит от свойств руд, их структурно-текстурных и физико-химических свойств. Лучшие показатели выщелачивания достигаются при крупности кусков 5.. .10 мм. Извлечение металла из руды описывается моделью
К 0,008((%ш -0,07 %)/10-4)2 + 0,0132(%гй -0,07 %)10-4 + 0,8174,
где qkш - содержание металла в руде, %.
Критерием качества дробления руды оценивали по выходу классов 0 -50 мм; (+50) - 100мм; (+100) - 150 мм и (+200) мм (таблица).
Показатели взрывной отбойки руды
Показатели Единицы Веера скважин Среднее значение
1 2 3 4 5
Объем отбитой руды 3 м 50 630 530 670 250 -
Расход гранулита кг/м3 1,0 0,9 1,6 1,4 1,6 1,27
Коэффициент сближения - 1,1 0,7 0,8 0,7 0,9 0,83
Выход отбитой руды м3/м 3,4 4,2 3,0 3,7 3,6 3,38
Выход фракции 0-50мм % 66,6 52,4 64,1 70,6 66,9 64,1
Выход фракции (+50) -100мм % 12,0 13,0 14,3 17,4 24,4 16,2
Выход фракции (+100) -150мм % 8,5 4,6 8,8 6,6 3,8 6,5
Выход фракции (+150) -200мм % 10,3 10,4 3,2 2,3 2,6 5,8
Выход фракции (+200) мм % 2,6 19,6 9,6 3,1 2,3 7,4
Выход фракции (0-50) + (+150-200) мм % 97,4 80,4 90,4 96,9 97,7 92,6
Средний размер куска мм 60,3 115,4 76,9 53,8 52,3 72,3
Критерий дробимости - 3,9 3,3 3,7 4,0 4,5 -
На долю класса 0 - 50 мм пришлось 64 %, класса 200 - 300 мм - 7 %, класса 0 - 200 - 93 %, класса 400 мм всего 1,5 %. Размер средневзвешенного куска изменялся от 52 до 78 мм. Из таблицы следует, что для 36 % отбитой руды извлечение металла в раствор проблематично.
Количество полезных компонент в гранулометрических классах отбитой руды исследовали с целью определения полноты извлечения и времени выщелачивания. После отбойки отбирали руду по классам крупности (мм) 0 - 50, 50 - 100, 150 - 200, 200 - 300, 300 - 400 и более и загружали в контейнеры размерами 35*50*50 см с регистрирующими датчиками.
Установлено, что содержание полезного компонента в отбитой руде с увеличением размера кусков снижается (рис. 2).
На рис. 3 дано распределение содержания металла в логарифмических координатах для руд исследуемого месторождения в сравнении с аналогичными рудными месторождениями.
Доизмельчение рудной массы до кондиции с точки зрения выщелачивания может быть осуществлено в мельницах [9 - 10].
Для вибрационной мельницы с поворотными мелющими цилиндрами производительность мельницы составляет 4,2 т/ч по готовому продукту и 8 т/ч по массе измельчаемого материала, а удельные энергозатраты на помол до нужной фракции составляют 6 кВт^ч/т.
Размер кусков, мм
Рис. 2. Распределение содержания металлов в руде по крупности
9/
J_I_I_I_I_I_ы_1_I_I_I_I_I_I_1_и_I_I_I_I
2 3 4 5 6 7 8 10 20 30 40 50 60 80 100 150 200 300 400
Размеры куска, мм
Рис. 3. Распределение содержания металлов в логарифмических координатах: 1 - исследуемое месторождение; 2 - 9 - аналоги
Планетарная мельница характеризуется тем, что при бесшаровом помоле размер «мелющих» кусков (6...8 мм) меньше, чем размер критических зёрен (12.15 мм) при самоизмельчении и в барабанных мельницах. Крупные частицы измельченного продукта характеризуются большей твердостью, что подтверждает целесообразность применения их для избирательного измельчения. Пропускная способность планетарных мельниц по сравнению с результатами самоизмельчения в мельницах других типов на
80.100 % больше, что объясняется сокращением времени на измельчение слабых фракций.
При использовании скоростной мельницы-дезинтегратора гранулометрический состав продукта в большей степени определяется крупностью исходного материала. При наличии в исходном материале зерен размером более 10 мм увеличивается остаток на сите с отверстием 3 мм. Производительность дезинтегратора составляет 20.30 т/час при прочности материала до 600 кгс/см и влажности до 12 %. Цикл между восстановительными периодами составляет 40 часов, а расход металла на восстановление - 0,03 кг/т.
При сравнении показателей измельчения в мельницах более эффективными считаются дезинтеграторы-активаторы, например, ДУ-65 и вибрационная вертикальная мельница МВВ-0,7.
Совершенствование параметров измельчительного оборудования основывается на оптимизации энергоёмкости подготовки пород с использованием метода дискретного элемента.
Эффективности измельчения исследуют на лабораторных стендах. Движение шаровой загрузки фиксируют с помощью трёхкомпонентного радиоакселерометра (рис. 4).
Рис. 4. Трёхкомпонентный радиоакселерометр:1 - корпус; 2 - крышка;
3 - виброизмельчительный блок; 4 - акселерометр; 5 - микросхема;
6 - антенна; 7 - канавки; 8 - элементы питания
Известно, что в вибрационной мельнице число соударений в единицу времени на порядки больше, чем в барабанной.
Для обеспечения качества и конкурентоспособности продукт измельчения должен иметь нужную крупность, которая определяется с учетом дробления, транспортирования и использования. Так, наличие в бетонной
смеси материалов большей или меньшей крупности по сравнению с нормативной ухудшает условия работы бетонов.
Эквивалентом активности является количество активированных добавок, равноценное по вяжущим свойствам цементу. Так, коэффициент активации в дезинтеграторе в сравнении с шаровой мельницей на месторождениях АО «ЦГХК» оказался равным 1,25. На этом предприятии дезинтегратор для измельчения гранулированных металлургических шлаков комбинировали с вертикальной вибромельницей МВВ-0,7.
Эффективность измельчения минерального сырья определяется комплексными исследованиями.
Авторами установлены диапазоны значений динамических параметров ударных импульсов в помольных камерах:
- для барабанной мельницы: амплитуда - от 350 до 800 g, длительность - от 0.007 до 0.01 с;
- для вибрационной мельницы: амплитуда - от 250 до 450 g, длительность - от 0.002 до 0.007 с;
- для планетарной мельницы: амплитуда - от 400 до 600 g, длительность - от 0.0009 до 0.002 с.
Процесс взаимодействия мелющих тел с измельчаемым материалом адекватно подчиняется классической теории хрупкого разрушения Гриф-фитса. Связь между параметрами ударного импульса и энергоёмкостью процесса характеризуется энергетическим критерием.
Новации при оптимизации измельчительного оборудования по критерию энергоёмкости измельчения позволили снизить себестоимость продукции на 10.15 % для различных типов мельницы и дают импульс развития процессов в смежных областях горной науки, улучшая их показатели. Результаты выполненных исследований могут быть востребованы при определении перспектив развития предприятий отраслей горного производства [11 - 17].
Список литературы
1. Развитие оборудования для тонкодисперсного измельчения минерального сырья / В.Н. Хетагуров, Е.С. Каменецкий, М.В. Гегелашвили, А.Т. Марзоев // Устойчивое развитие горных территорий. 2021. Т. 13. № 2 (48). С. 292-303.
2. Ляшенко В.И. Природоохранные технологии освоения сложноструктурных месторождений полезных ископаемых // Маркшейдерский вестник. 2015. № 1. С.10-15.
3. Земсков А.Н., Лискова М.Ю. Пути обеспечения безопасных условий труда горняков на основе автоматизации контроля производственных процессов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 1. С. 82-88.
4. Молев М.Д., Масленников С.А., Стуженко Н.И. Прогнозирование состояния техносферной безопасности. Шахты: ИСОиП (филиал) ДГТУ в г. Шахты, 2015. 113 с.
5. Комащенко В. И. Эколого-экономическая целесообразность утилизации горнопромышленных отходов с целью их переработки // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле, 2015. Вып. 4. С. 23—30.
6. Влияние режима подготовки вяжущей добавки при изготовлении бетонов / В. И. Голик, О. З. Габараев, Н. М. Качурин, Г. В. Стась // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. № 3. С. 315-320.
7. Дзапаров В.Х., Харебов Г.З., Стась В.П., Стась П.П. Исследование сухих строительных смесей на основе отходов производства для подземного строительства // Сухие строительные смеси. 2020. № 1. С. 35 -38.
8. Освоение забалансовых запасов металлических руд / В.И. Голик, Ю.И. Разоренов, Е.И. Захаров, Н.И. Абрамкин // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 3. С. 158-170.
9. Клюев Р.В., Голик В.И., Босиков И.И. Комплексная оценка гидрогеологических условий формирования ресурсов минеральных вод Нижне-Кармадонского месторождения // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 8. 206-218. DOI 10.18799/24131830/2021/8/3319.
10. Дмитрак Ю.В., Шишканов К.А. Разработка вероятностной кинематической модели мелющих тел в помольной камере вибрационной мельницы // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2010. № 12. С. 302-308.
11. Валиев Н.Г., Пропп В.Д., Вандышев А.М. Кафедре горного дела УГГУ - 100 лет // Сб. науч. тр. IX Междунар. науч.-технич. конф. «Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений». 2020. С. 6-18.
12. Клюев Р.В., Босиков И.И., Майер А.В. Комплексный анализ генетических особенностей минерального вещества и технологических свойств полезных компонентов Джезказганского месторождения // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. № 3 (41). С. 321-330.
13. Application of microseismic and calculational techniques in engineering-geological zonation / V.B. Zaalishvili [and others] // International Journal of GEOMATE. 2016. 10 (1). Р. 1670-1674.
14. Determination of Inactive Powers in a Single-Phase AC Network / N.I. Shchurov [and others] // Energies. 2021. 14. 4814. https://doi.org/10.3390/ en14164814.
15. Новый подход для оценки эффективности работы горнообогатительных комбинатов / И.Т. Мельников [et al.] // Горная промышленность. 2012. № 5 (105). С. 60-66.
16. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н. Расширение сырьевой базы горнорудных предприятий на основе комплексного использования минеральных ресурсов месторождений // Горный журнал. 2013. № 2. С.86-90.
17. Клюев Р.В., Босиков И.И., Гаврина О.А. Повышение эффективности релейной защиты на горно-обогатительном комбинате // Записки Горного института. Т.248. С.300-311.
Голик Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский государственный технологический университет
PROBLEMS OF ORE PREPARATIONFOR HEAP LEACHING
V.I. Golik
The issues of reagent leaching of metals in stacks in a historical cut are considered. It is shown that more than 1/3 of the chipped ore in size does not meet the conditions for extracting metals from it and requires regrinding. The features of mills are considered and the advantages of grinding in a high-speed mill - disintegrator are determined. The information on innovations in the optimization of grinding equipment, which can reduce the cost ofproduction by 10... 15 %, is given.
Key words: Metal leaching, stack, ore, extraction, metals, grinding, mill, disintegrator, environment.
Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, v. i. golik@,mail. ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasus State Technological University
Reference
1. Development of equipment for fine grinding of mineral raw materials / V.N. Kheta-gurov, E.S. Kamenetsky, M.V. Gegelashvili, A.T. Marzoev // Sustainable development of mountain territories. 2021. Vol. 13. No. 2 (48). pp. 292-303.
2. Lyashenko V.I. Environmental technologies for the development of complex-structured mineral deposits // Surveying Bulletin. 2015. № 1. C.10-15.
3. Zemskov A.N., Liskova M.Yu. Ways to ensure safe working conditions for miners based on automation of control of production processes // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2018. Issue 1. pp. 82-88.
4. Molev M.D., Maslennikov S.A., Stuzhenko N.I. Forecasting the state of techno-sphere security. Mines: ISOiP (branch) of DSTU in Shakhty, 2015. 113 p.
5. Komashchenko V. I. Ecological and economic feasibility of utilization of mining waste for the purpose of their processing // Izvestiya Tula State University. Earth Sciences, 2015. Issue 4. pp. 23-30.
6. The influence of the mode of preparation of a binder additive in the manufacture of concrete / V. I. Golik, O. Z. Gabaraev, N. M. Kachurin, G. V. Stas // Sustainable development of mountain territories. 2019. Vol. 11. No. 3. pp. 315-320.
7. Dzaparov V.Kh., Kharebov G.Z., Stas V.P., Stas P.P. Investigation of dry building mixes based on production waste for underground construction // Dry building mixes. 2020. No. 1. pp. 35-38.
8. Development of off-balance sheet reserves of metal ores / V.I. Golik, Yu.I. Razorenov, E.I. Zakharov, N.I. Abramkin // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2018. Issue 3. pp. 158-170.
9. Klyuev R.V., Golik V.I., Bosikov I.I. Complex assessment of hydrogeological conditions for the formation of mineral water resources of the Nizhne-Karmadonskoye field // Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering. 2021. Vol. 332. No. 8. 206-218. DOI 10.18799/24131830/2021/8/3319.
10. Dmitrak Yu.V., Shishkanov K.A. Development of a probabilistic mathematical model of grinding bodies in the grinding chamber of a vibrating mill // Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2010. No. 12. pp. 302-308.
11. Valiev N.G., Propp V.D., Vandyshev A.M. The Department of Mining of UGSU -100 years // Collection of scientific tr. IX international scientific and technical conf. Innovative geotechnologies in the development of ore and non-metallic deposits. 2020. pp. 6-18.
12. Klyuev R.V., Bosikov I.I., Mayer A.V. Complex analysis of genetic features of mineral matter and technological properties of useful components of the Dzhezkazgan deposit // Sustainable development of mountain territories. 2019. Vol. 11. No. 3 (41). pp. 321-330.
13. Application of microseismic and calculational techniques in engi-neering-geological zonation / V.B. Zaalishvili [and others] // International Jour-nal of GEOMATE, 2016. 10 (1). pp. 1670-1674.
14. Determination of Inactive Powers in a Single-Phase AC Network / N. I. Shchurov [and others] // Energies 2021. 14. 4814. https://doi.org/10.3390/ en14164814.
15. A new approach for evaluating the performance of mining and processing / Melni-kov I. T. [and others] // Mining industry. 2012. No. 5 (105). pp. 60-66.
16. Kaplunov D.R., Rylnikova M.V., Radchenko D.N. Expansion of the raw material base of mining enterprises based on the integrated use of mineral resources of deposits // Mining Journal. 2013. No. 2. pp.86-90.
17. Klyuev R.V., Bosikov I.I., Gavrina O.A. Improving the efficiency of relay protection at a mining and processing plant // Notes of the Mining Institute. Vol.248. pp.300-311.
