Введение к работе
Актуальность проблемы. Применение алмазов а алмазных инструментов в промышленности имеет больше значение. Это связано с использованием в технике высокопрочных специальных сталей и сплавов, а также труднообрабатываемых неметаллических материалов, таких как полупроводники, огнеупоры, синтетические материалы, горные породы, стекло, используемые в электронике, радиотехнике, космической технике, оптике, автомобиле- и самолетостроении, строительстве и т.д. Особо важную роль играют алмазы при повышении требований к точности обработки, чистоте и качеству поверхности деталей машин и приборов, определяющих надежность и долговечность их работы. Алмазные порошки и пасты используют для доводки и полировки изделий, шлифовки и доводки . линз, зеркал для телескопов, микроскопов, биноклей, фото-, кино-, и телеаппарагуры, перископов и т.д. Алмазы используют для изготовления опор и подшипников для особо точных приборов, хирургических инструментов особо точного профиля, в частности, для глазных операций, нейрохирургической сосудосшивающей аппаратуры и т. д.
Применение алмазного инструмента,'обладающего весьма большой стойкостью и длительным сроком службы, позволяет интенсифицировать технологические процессы обработки деталей из твердых материалов и автоматизировать эти процессы. В большинстве случаев для этой цели используются алмазы небольших размеров. Наряду с крупными кристаллами алмазы небольших размеров широко используются также и при изготовлении бриллиантов. В связи с этим создание эффективной технологии и оборудования для извлечения алмазов из руд является весьма аажной народнохозяйственной' задачей, решению которой посвящена іредставленная диссертационная, работа.
Цель работы. Создать и промышл'енно освоить комплекс технологий і аппаратов для извлечения алмазов из руд флотационным способом с тоследующим возможным рациональным использованием этих технологий і аппаратов или отдельных их элементов при обогащении других видов горнорудного и горнохимического сырья и угля, а также при очистке промышленных, хозпитьевых и сточных вод.
методология исследования. Разработка методик и проведение исс-недований механизма действия флотационных реагентов при пенной се-трации и крупнозернистой флотации и их аппаратурное оформление. Шализ процессов флотационного разделения алмазосодержащих продуктов различного состава. Конструкторско-технологическое моделирова-ше аппаратуры для флотационного разделения крупнозернистых мате-эиалов. Экспериментальные исследования на лабораторных, стендовых, юлупромышленных и промышленных установках.
Научная новизна Впервые получены результаты по установлению механизмов действия реагентов при пенной сепарации и крупнозернистой флотации и закономерностей их проявления во флотационном провесе, а также выявлению взаимосвязи этих механизмов с несущей :пособностью флотокомплексов в пенном слое и в обгёме аэрированной
жидкости, для чего детально разработаны и аппаратурно оформле* методики исследований этих механизмов. Установлено, что при пеннс сепарации и крупнозернистой флотации реагенты могут действовать г различным механизмам, включая гистерезисный механизм, отвечают? случаю пленочной флотации, и капиллярный механизм, отвечающий слу чаю пенной флотации. Весьма существенное влияние на вышеназваннь процессы оказывает коалесцентный механизм действия реагентов Вклад каждого из этих механизмов зависит от крупности разделяемь частиц, а также от условий применения флотационных реагентов.
Впервые выявлена зависимость флотационной силы, действующей и частицу в пенном и подпенном слоях при движении частицы в верти кальном направлении. Установлено, что эта зависимость имеет зигза гообразный характер, причем наибольшее значение эта сила достигає на поверхности пены. Некоторый рост флотационной силы имеет мест на границе пены с пбдпенным слоем.
Установлено, что коалесценция воздушных пузырьков, закрепив шихся на поверхности гидрофобных частиц, приводит к увеличению не сущей способности пены, а также к образованию- флотокомплексов повышенной несущей способностью в объеме аэрированной жидкости тонко диспергированными воздушными пузырьками при более низко степени её аэрации. В частности, при концентрациях пенообразовате ля в жидкой фазе пульпы, превышающих от 1,5 до 3 раз концентрацию при которой начинается коалесценция воздушных пузырьков, несуща способность флотокомплексов'наибольшая как в пенном слое, так и объёме аэрированной жидкости.
Практическая значимость и внедрение результатов работы.
Разработанные под руководством и при непосредственном участи автора ряд технологий и оборудования, описываемых в научном докла де, защищены 105 авторскими свидетельствами, отечественными и за рубежными патентами, а их внедрение на алмазоизвлекателъных фабри ках ІШ0 "Якуталмаз" - АЕ "Алмазы России-Саха" обеспечивает ежегод но экономический эффект более 20 млрд. рублей. Большинство разрабо ток по основным параметрам выше мирового уровня.
Шд руководством автора, с использованием его научно-техничес ких и технологических разработок и с его личным участием сконстру ировано и освоено производством несколько видов и типоразмерої пневматических флотационных машин большой единичной производительности для крупнозернистой флотации, классифицирующих аппарате] большой единичной производительности и высокоэффективных аппарате] для интенсивного осветления промьшшенных вод, кондиционеров ДЛ! селективной обработки крупнозернистого материала маслообразным! флотационными реагентами, пневмогидравлических аэраторов, а тагак ряда другого рудоподготовигельного и обогатительного оборудования.
На защиту выносятся:
- научные представления о механизмах действия реагентов прі пенной сепарации и крупнозернистой флотации и их влиянии на несу-
уто способность флотокомплексов в пенном и подпенном слоях;
дальнейшее развитие научных и практических основ для выбора эхнологических режимов и конструктивных параметров для различных здификаций пневматических флотационных машин, а также применения невмогидравлическ
решение научно-технической проблемы промышленного извлечения лмазов из руд с применением флотационных методов обогащения;
создание эффективной промышленной технологии и оборудования ля пенной сепарации и крупнозернистой флотации в комплексе со спомогательным оборудованием и средствами автоматического управ-ения флотационным процессом, включая способы рудоподготовки и борудования для гидравлической классификации материала и осветле-ия оборотных вод.
создание и технологическое обоснование способов и оборудова-ия для интенсивной технологии обогащения алмазосодержащих матери-лов липкостной сепарацией в режиме флотации твёрдой стенкой, для оводки флотационных концентратов с применением физико-химических етодов обогащения, для интенсивного измельчения кимберлитовых руд
последующего их флотационного обогащения с обеспечением сохран-ости алмазов, а также для интенсивной гидравлический классифика-ии и кондиционирования материала и интенсивного осветления про-ышленных вод в технологии крупнозернистой флотации.
Достоверность научных положений подтверждается созданием на снове научных разработок высокоэффективных технологий и конструк-ий новых видов оборудования, а также их широким внедрением в прошле нность.
Апробация работы и публикации. По материалам диссертации опубліковано 132 работы, в том числе 105 авторских свидетельств и па-ентов по 9 странам, выпущено более 30 отчетов по научно-исследо-ательским работам.
Разделы диссертационной работы докладывались на межотраслевых еминарах и симпозиумах по переработке минерального сырья, на все-оюзных и международных конгрессах, конференциях, выставках и со-іещаниях по обогащению полезных ископаемых в г. г. Москве, Лэнинг-іаде, Ташкенте, Алма-Ате, Кемерово, Новокузнецке, Свердловске, Бе-іезниках, Симферополе, Аппатитах, Улан-Уде, Иркутске, Магадане,-Ікутске, мирном, Удачном, Дели,. Шэньяне, Пекине, Кракове, Устрони.
Вклад автора в публикации, выполненные в соавторстве, состоял і научном и технологическом обосновании и разработке новых спосо-іов и устройств основного и вспомогательного оборудования для фупнозернистой флотации и отдельных их конструктивных и техноло-'ических элементов, а также в обсуждении и интерпретации получен-гой научной и технической информации и выработке на их основе [альнейшего направления работ. Все технологические исследования, жсперименты, полупромышленные и промышленные испытания, внедрение
- 4 -и промышленное освоение проведены под руководством и при непосре; ственном участии автора в институте Якутнипроалмаз и на алмазоизі лекательных фабриках ПНО "Якуталмаз" - АК "Алмазы России-Саха".
Автор выражает глубокую признательность научному консультант члену-корреспонденту РАН, доктору технических наук, профессо] С. Б. Леонову за помощь, оказанную при подготовке диссертации.