Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние минерально-сырьевой базы и проблемы обогащения труднообогатимых руд сложного состава. Цель и методы исследований 22 - 111
1.1. Состояние и перспективы освоения минерально сырьевой базы 22-25
1.2. Проблемы обогащения руд сложного состава 25-48
1.2.1. Раскрытие сростков в процессах подготовки полезных ископаемых к обогащению 25-39
1.2.2. Роль физических, физико-механических и физико химических факторов при рудоподготовке 40-48
1.3. Цели и задачи исследования 49
1.4. Основные положения методики экспериментальных и теоретических исследований 50 - 110
1.4.1. Термодинамический анализ протекающих на минералах процессов при подготовке минерального сырья к обогащению с использованием энергетических воздействий 50-102
1.4.1.1. Существующие методы 52-82
1.4.1.2. Моделирование процессов с учетом фундаментального принципа максимума энтропии с применением ПЭВМ 83-102
1.4.2. Методика экспериментальных исследований по направленному изменению свойств минералов и руд 103-109
1.4.2.1. Электрохимические воздействия 103-106
1.4.2.2. Радиационные воздействия 107-109
1.4.3. Другие методы исследования 110
1.5. Объекты для проведения исследований 111
2. Теоретические основы направленного изменения свойств минералов и руд ускоренными электронами 112-163
2.1. Состояние теории и практики использования радиационной обработки в процессах обогащения полезных ископаемых 112-114
2.2. Исследования влияния высокоэнергетических электронов на механические свойства минералов и руд 114-137
2.2.1. Электростатическая гипотеза разупрочнения и разрушения материалов кулоновскими силами 116-121
2.2.2. Радиационные термонапряжения и их влияние на прочностные свойства минералов (кварц, магнетит и др.). 122-137
2.3. Физико-химические аспекты воздействия ускоренных электронов на процессы рудоподготовки и флотационного обогащения минерального сырья сложного состава 137-141
2.4. Радиационно-фазовые изменения минералов и руд 141-153
2.4.1. Сульфидные минералы и руды 141-149
2.4.2. Слабомагнитные железные руды 149-151
2.4.3. Железосодержащие оловянные руды 151-153
2.5. О механизме действия и возможностях применения высокоэнергетических электронов для интенсификации процессов рудоподготовки и обогащения минерального сырья 153-161
Выводы 162-163
3. Перспективы использования ускоренных электронов при создании эффективных энергосберегающих технологий подготовки и обогащения труднообогатимого минерального сырья 164-214
3.1. Разработка эффективных способов рудоподготовки 164-169
3.2. Совершенствование технологии обогащения трудно-обогатимого сырья сложного вещественного состава 169-211
3.2.1. Свинцово-цинковые Жайремские руды 171-180
3.2.2. Полиметаллические руды Казахстана 180-182
3.2.3. Полиметаллические руды Рудного Алтая 182-188
3.2.4. Железистые кварциты Михайловского ГОКа 189-197
3.2.5. Медистые руды Норильского ГМК 198-201
3.2.6. Оловянные мышьяксодержащие продукты 202-211
Выводы 212-214
4. Электрохимические воздействия при интенсификации процессов подготовки и обогащения минерального сырья 215-282
4.1. Взаимосвязь электрохимических и флотационных свойств минералов 216-224
4.2. Современное состояние теории и практики 224 - 225
4.3. Электрохимическая обработка гетерогенных водных систем (пульп) 226-235
4.4. Электрохимическое умягчение воды 235-247
4.5. Подготовка воды для приготовления шахтной эмульсии 247 - 253
4.6. Электрокоагуляция гетерогенных водных систем 253 - 255
4.7. Интенсификация процесса сгущения оловянного концентрата электрохимической обработкой 255- 264
4.8. Интенсификация процессов флотации с использованием электрохимически полученных оксигидратов цинка 264-281
4.8.1. Полиметаллические руды 269-273
4.8.2. Свинцово-цинковые руды 273-281
Выводы 281-282
5. Экономико-экологические аспекты использования энергетических воздействий 283-310
5.1. Электрохимические процессы и эффективность их применения (на примере полиметаллических руд) 286 - 290
5.2. Радиационные технология рудоподготовки и ее эффективность на примере железных руд Кривого Рога 291 - 297
5.3. Радиационные воздействия ускоренными электронами и экономика их использования в процессах обогащения (на примере свинцово-цинковых руд). 298 - 302
5.4. Радиационно-термические процессы и возможность их реализации (на примере мышьяковистого оловянного сырья) 303-308
Выводы 309-310
6. Заключение 311-315
7. Литература 316-343
8. Приложения результатов реализации и испытаний новых процессов на основе энергетических (радиационных и электрохимических) воздействий, подтверждающих возможности их использования 344-358
- Раскрытие сростков в процессах подготовки полезных ископаемых к обогащению
- Радиационные термонапряжения и их влияние на прочностные свойства минералов (кварц, магнетит и др.).
- Подготовка воды для приготовления шахтной эмульсии
- Радиационно-термические процессы и возможность их реализации (на примере мышьяковистого оловянного сырья)
Введение к работе
Актуальность работы. Растущие потребности в ископаемом сырье, ухудшение качества добываемых руд, энергосберегающие и экологические проблемы требуют новых подходов к технологиям переработки минерального сырья. На обогащение полезных ископаемых расходуется свыше 10% производимой в мире электроэнергии. Анализ энергозатрат по стадиям дробления и измельчения показывает, что они сравнительно низкие на стадиях среднего (0,3-0,5 кВт-ч/т) и мелкого (0,8-1,2 кВт-ч/т) дробления и высокие в процессах тонкого (18-20 кВт-ч/т) и сверхтонкого (80 кВт-ч/т и выше) измельчения.
Отличительная черта вещественного состава труднообогатимых руд многих новых и эксплуатируемых месторождений - тонкозернистая структура и сложная текстура, а иногда и субмикроскопические формы взаимосвязи слагающих их минералов. Так, например, основной причиной трудной обогатимости руд Жайремского месторождения является весьма тонкая вкрапленность рудных минералов. Доля свинца, представленного зернами галенита размером менее 20 мкм, достигает 15-20 %, иногда доходит до 50-60 %, причем большая часть таких зерен имеет размер 3-7 мкм, т.е. находится за пределами возможностей флотационного процесса. В значительном количестве встречаются сферические выделения с чередующимися слоями минералов, например, центральная часть сферы представлена галенитом, следующий слой сфалеритом, следующий за ним галенитом и т.д. Толщина каждого монослоя измеряется единицами микрометра. Разделить такие сростки на мономинеральные зерна невозможно даже при сверхтонком помоле. Кроме того, руда характеризуется наличием углисто-глинистого вещества.
В руде Рубцовского полиметаллического месторождения, содержащей Fe - 16,78 %; Си - 5,84 %; РЬ - 7,44 %; Zn - 14,00 %, доля смешанных сульфидов составляет 90-95 %. В указанном виде труднообогатимого минерального сырья представлены следующие типы текстур: массивная, пятнистая, вкрапленная, коломорфная и другие. Руда имеет сложную тонковкрапленную структуру. Окисленные формы сочетаются с наличием глинистых и сажистых шламов. Все это затрудняет процесс обогащения, включающий тонкое измельчение (до крупности 85 % класса -74 мкм), удаление шлама и флотацию с применением высокотоксичных цианидов.
Извлечение ценных компонентов при обогащении таких руд не превышает 50 %. При этом 35-40 % потерь связано со сростками и 30-35 % - с тонкими частицами размером менее 40 мкм.
Труднообогатимыми являются и другие виды минерального сырья: железистые кварциты, медно-никелевые руды, оловянные продукты и др. Железистые кварциты характеризуются развитием преимущественно магнетитовых, железно-слюдково-магнетитовых и магнетитожелезно-
слюдковых разновидностей. Основными рудными минералами являются магнетит и железная слюдка (гематит), средний размер магнетита 0,034-0,041 мм, железной слюдки 0,011-0,020 мм, причем наименьший размер рудных зерен соответствует труднообогатимым кварцитам, наибольший -легкообогатимым. Основной породообразующий минерал железистых кварцитов - кварц. В различных минералогических разновидностях наблюдается сложный характер границ зерен магнетита в срастаниях с другими минералами. Преобладание в кварцитах мелких и тонких зерен основного рудного минерала - магнетита - обусловливает необходимость тонкого измельчения кварцитов (до крупности 90-95 % класса -0,044 мм) для обеспечения высокой степени раскрытия сростков и получения качественных железных концентратов.
Характерной особенностью сульфидных медно-никелевых руд являются тонкая вкрапленность сульфидов, наличие большого количества вторичных минералов и низкая контрастность флотационных свойств пирротина и петландита, что определяет сложность получения концентратов и объясняет потери ценных компонентов с отвальными шлаками с одновременным повышенным содержанием диоксида серы в отходящих газах. Касаясь оловянных руд, следует отметить тесную ассоциацию трудноразделяемых касситерита и арсенопирита, приводящую к сложным технологическим схемам их переработки, включающим необходимые экологические решения по утилизации мышьяксодержащих хвостов обогащения.
Попытки улучшения технологических показателей обогащения труднообогатимых руд традиционными методами не позволили в полной мере достичь желаемых результатов. В связи с этим проблема разработки новых процессов рудоподготовки и обогащения труднообогатимого минерального сырья на основе интенсифицирующих радиационных и электрохимических методов воздействий на твердую и жидкую фазу является весьма актуальной.
В последние годы в нашей стране и за рубежом проводятся широкие исследования по разработке нетрадиционных методов рудоподготовки и обогащения минерального сырья и нарастает интерес к энергетическим воздействиям в виде различных физических полей и их влиянию на свойства горных пород и минералов. Это направление И.Н. Плаксин считал одним из важнейших при обогащении минерального сырья. Результаты исследований, выполненных им и его последователями (СтуруаР.И., ШафеевР.Ш., ЧантурияВ.А., Леонов СБ., Фатьянов А.В., Юсупов Т.С., Старчик Л.П., Бочкарев Г.Р., Бунин И.Ж. и др.), убедительно показали, что энергетические воздействия оказывают существенное влияние на процессы переработки труднообогатимого минерального сырья, а их реализация позволяет существенно повысить полноту и комплексность его использования.
Рассмотрены и предложены различными авторами
электрохимическая, электроимпульсная, СВЧ-, магнитно-импульсная
обработки, воздействия потоком ускоренных электронов, мощными наносекундными электромагнитными импульсами (МЭМИ). Анализ ранее выполненных исследований показал, что наиболее перспективными являются обработка потоком ускоренных электронов (ОПУЭ) руд и продуктов обогащения, мощные наносекундные электромагнитные импульсы (МЭМИ), электрохимическая обработка (ЭХО) водных систем, и комбинирование этих и других видов энергетических воздействий с существующими процессами. Методы энергетической модификации твердых и жидких продуктов обогащения открывают новые перспективы совершенствования технологических процессов рудоподготовки и обогащения полезных ископаемых, в том числе труднообогатимого минерального сырья.
Достоинством ОПУЭ и ЭХО являются их высокая эффективность и использование серийно изготавливаемых комплектующих отечественного производства нового уровня и широкого диапазона, а также отсутствие необходимости значительного изменения технологической схемы и оборудования существующих обогатительных фабрик (ОФ) при реализации технологий с использованием энергетических воздействий.
Целесообразность продолжения исследований по направленному изменению свойств минерального сырья и водных систем в целях интенсификации процессов обогащения минерального сырья предопределили актуальность и необходимость:
проведения комплекса соответствующих теоретических и экспериментальных исследований по изменению свойств твердых и жидких продуктов обогащения с использованием ОПУЭ и ЭХО;
разработки методов энергетической модификации свойств обрабатываемой потоком ускоренных электронов (ОПУЭ) рудной массы и свойств водных систем, в т.ч. гетерогенных (флотационных пульп), при их электрохимической обработке (ЭХО);
- апробации разработанных технологий и процессов с их экономике-
экологической оценкой.
Исследования проведены в соответствии с планами ИГД СО РАН по
общеакадемической проблеме РАН 3.2.2.1 «Разработка и исследование
теории и методов обогащения полезных ископаемых», по выполнению
заданий Государственной научно-технической программы
«Ресурсосберегающие и экологически чистые комплексные процессы
горно-металлургического производства (ЭКОГОРМЕТКОМПЛЕКС
БУДУЩЕГО)», научно-технической программы «Разработка
высокоэффективных, экологически безопасных технологий комплексной переработки угля и труднообогатимых руд», а также интеграционных проектов СО РАН.
Объекты исследований - труднообогатимое минеральное сырье, водные и жидкие минеральные системы при обогащении, суспензии на основе природных минералов и руд различного состава, флотационные пульпы, минералы (кварц, галенит, сфалерит, пирит и др.) и
труднообогатимое минеральное сырье (полиметаллические, свинцово-цинковые, медно-никелевые руды, железистые кварциты, оловянные продукты и др.).
Предметом исследования являлись способы энергетической модификации свойств твердых и жидких продуктов обогащения минерального сырья.
Цель диссертационной работы - научное обоснование и разработка методов направленного изменения свойств твердой фазы под действием обработки потоком ускоренных электронов и свойств жидкой фазы при электрохимической обработке в процессах обогащения труднообогатимого минерального сырья.
Научная идея. Использование направленных интенсифицирующих энергетических воздействий на минеральное сырье для повышения технологических показателей его обогащения.
Задачи исследования
Научное обоснование и разработка основ целенаправленного изменения свойств твердой и жидкой фаз труднообогатимого минерального сырья энергетическими воздействиями.
Изучение механизма влияния энергетических воздействий: обработки потоком ускоренных электронов - на свойства отдельных минералов и труднообогатимых руд; электрохимической обработки - на свойства водных систем.
Развитие на основе полученных закономерностей активирующих радиационных и электрохимических воздействий на твердую и жидкую фазу труднообогатимого минерального сырья.
Апробация разработанных на основе энергетических воздействий (действия потока ускоренных электронов и электрохимической обработки) способов, технических и технологических решений с экономико-экологической оценкой их применения.
Методы исследований. При выполнении работы использовались: термодинамический анализ, физико-химическое моделирование гетерогенных систем, методы и закономерности механики твердого тела и физики его разрушения, экспериментальные физические и химические методы, в том числе ИК-спектроскопия, рентгенография, ЯМР- и EXAFS-спектроскопия, а также комплекс технологических исследований по обогащению минерального сырья с использованием ОПУЭ и ЭХО. При обработке результатов экспериментов использованы методы математической статистики и компьютерная техника.
Защищаемые научные положения
1. Направленное изменение свойств твердой фазы
труднообогатимого минерального сырья обработкой потоком ускоренных электронов активирует физико-химические процессы на поверхности и в объеме минералов и руд, интенсифицирует дефектообразование и трещинообразование по границам срастания зерен и обусловливает разупрочнение и селективную дезинтеграцию минерального сырья,
сокращение время его измельчения с повышением в 1,5-2,0 раза коэффициента раскрытия полезных компонентов.
Низкотемпературная (до 400С) радиационно-термическая модификация немагнитных железосодержащих сульфидов и руд в магнитные продукты обеспечивает многократное увеличение удельного магнитного момента мелких фракций пирита, арсенопирита, халькопирита и других минералов.
Направленное изменение свойств жидкой фазы электрохимической обработкой позволяет без применения химических реагентов регулировать рН и окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) водных систем и пульп труднообогатимого минерального сырья, обеспечивает повышение показателей обогащения и очистки технических и природных вод, в том числе безреагентного умягчения воды.
Электрохимический синтез высокоактивных оксигидратов металлов позволяет управлять процессом флотации, депрессируя цинковые минералы при флотации полиметаллических руд; увеличить скорость осаждения твердой фазы; уменьшить потери ценных компонентов со сливами сгустителей.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется и подтверждается:
-использованием современной приборной базы и апробированных стандартных методик;
- совпадением теоретических закономерностей с данными экспериментальных исследований, проведенных на различных типах руд, а также результатами опытно-промышленных и промышленных испытаний.
Личный вклад автора состоит: в обосновании возможности и
необходимости использования энергетических воздействий
(электрохимических и радиационных - ускоренные электроны) в
процессах рудоподготовки и обогащения твердых полезных ископаемых;
в адаптации методик физико-химического моделирования процессов,
протекающих в гетерогенных системах, применительно к подготовке
минерального сырья к обогащению; в установлении закономерностей
влияния энергетических воздействий на свойства твердой и жидкой фаз
труднообогатимого минерального сырья при его первичной переработке; в
разработке на их основе новых способов, технических и технологических
решений с экономико-экологической оценкой их применения для
интенсификации процессов обогащения и очистки сточных и природных
вод, и в проведении исследований по их реализации в народном хозяйстве.
Следует отметить, что автор в течение ряда лет являлся ответственным
исполнителем от ИГД СО РАН по выполнению заданий Государственной
научно-технической программы «Ресурсосберегающие и экологически
чистые комплексные процессы горно-металлургического производства
(ЭКОГОРМЕТКОМПЛЕКС БУДУЩЕГО)», научно-технической
программы «Разработка высокоэффективных, экологически безопасных технологий комплексной переработки угля и труднообогатимых руд», а
также интеграционных проектов СО РАН «Физико-химические основы интенсификации процессов рудоподготовки, обогащения и переработки минерального сырья с использованием энергетических воздействий (ускоренные электроны)», «Исследование механизма структурно-фазовых превращений и управляемого изменения свойств минералов труднообогатимых руд и совершенствование химических технологий при высоко
Научная новизна
Обоснована целесообразность и эффективность использования энергетических воздействий (электрохимических и радиационных -ускоренные электроны) для направленного изменения механических, физико-химических и других свойств твердой и жидкой фаз труднообогатимого минерального сырья с целью интенсификации технологических процессов его рудоподготовки и обогащения.
Впервые обнаружены явления существенной активации физико-химических процессов на поверхности и в объеме минералов и руд под действием потока ускоренных электронов, приводящие к разупрочнению и селективному разрушению минерального сырья, повышению флотационной активности ряда минералов, усилению магнитных свойств железосодержащих сульфидов.
Обоснованы и раскрыты закономерности разупрочнения минералов и руд под действием потока ускоренных электронов на основе предложенных гипотез:
электростатической - объясняющей появление в минералах кулоновских сил и, как следствие, механических напряжений;
термической - характеризующей возникновение при тепловом действии механических напряжений в минеральных компонентах и теплового пробоя;
химической — связанной с новыми химическими или физико-химическими процессами в минеральном веществе.
Разработан механизм и установлена динамика разупрочнения минерального сырья при обработке ускоренными электронами. На примере гранита, кварца и магнетита определены наиболее выгодные режимы их разупрочнения, которые отвечают малым дозам.
На основе выявленных закономерностей энергетической модификации минералов и руд разработаны способы интенсификации процессов рудоподготовки и обогащения труднообогатимого минерального сырья, учитывающие его структурные особенности.
Впервые установлена зависимость изменения коэффициента интенсивности напряжения К от параметров облучаемого материала: к = 4.Ss0s1/2u1/2D^/2 и показано, что его прочность уменьшается при воздействии электронов с большей энергией U.
Впервые (на примере пирита) обнаружен эффект низкотемпературного перехода немагнитных железосодержащих
сульфидов в магнитные продукты при радиационно-термическом воздействии ускоренных электронов.
8. Выявлен эффективный депрессор цинковых минералов при флотации полиметаллических и свинцово-цинковых руд, которым является электрохимически полученный оксигидрат цинка в виде s-Zn(OH)2.
Практическая ценность результатов
Экспериментально установлена высокая эффективность электрохимической обработки и действия потока ускоренных электронов в процессах рудоподготовки и обогащения различного труднообогатимого минерального сырья.
На основе электрохимической обработки водных систем разработаны технологии и аппараты для депрессии цинковых минералов, осаждения твердой фазы и безреагентного умягчения воды:
-для реализации безреагентного метода умягчения воды разработаны совместно с институтом Гипроуглемаш и СКБ ГОМ технологии и конструкции основного аппарата - диафрагменного электролизера, позволяющие получать католит и анолит с жесткостью 0,6-1,0 и 1,1-1,5 мг-экв/л при жесткости исходной воды 14,5-16,7 мг-экв/л;
- разработана электрохимическая технология получения оксигидрата
цинка и аппаратурное ее оформление, позволяющие на 2-4 % снизить
потери цинка в Cu-Pb концентрат с одновременным улучшением его
качества при флотации полиметаллических руд и получить прирост
извлечения цинка в цинковый концентрат 4,7 % при флотации Pb-Zn руд.
3. Разработаны с использованием обработки минерального сырья
потоком ускоренных электронов интенсифицирующие технологии и
технологические режимы для:
- труднообогатимой Pb-Zn руды, позволяющие получать
кондиционные коллективные концентраты с одновременным снижением
потерь свинца и цинка с хвостами в 2-3 раза по сравнению с прямой
селективной флотацией;
-полиметаллических руд, позволяющие увеличить извлечение металлов в среднем на 10-15 %;
-руды сложного состава, позволяющие повысить долю свободных зерен основных сульфидных минералов в среднем на 10-15%, прирост извлечения металлов при флотации составил до 10,93 %, а потери металлов снизить в 1,5-2,4 раза;
-железных руд, обеспечивающие повышение производительности процесса измельчения в 2,0-2,2 раза и рост технологических показателей магнитной сепарации на 2,5-4 %;
- Cu-Ni руды, позволяющие повысить в цикле коллективной
флотации: извлечение никеля с 64,1 до 83,3 % и меди - с 84,9 до 92,7 %
при одновременном снижении в 1,5 раза потерь этих металлов с хвостами;
- сульфидно-мышьяковистых продуктов обогащения, позволяющая извлекать в магнитную фракцию более 70 % железа и около 90 % мышьяка.
4. Разработаны и апробированы в производственных условиях эффективные технологии и технологические режимы для рудоподготовки, обогащения труднообогатимого минерального сырья и очистки вод: флотационного разделения коллективного сульфидного цинксодержащего концентрата (патент РФ № 2349389); электрохимического умягчения воды с разделением ее на анолит и католит (АС СССР № 1268195); облучения полезных ископаемых импульсным пучком ускоренных электронов (АС СССР № 1382492); восстановления концентрата при одновременном облучении пучком ускоренных электронов (АС СССР № 1700071); радиационно-термической обработки (АС СССР № 1700057) и др. с использованием современных промышленных ускорителей и другого отечественного оборудования.
Реализация результатов работы. Результаты использованы: Институтом проблем комплексного освоения недр РАН при реализации Государственной научно-технической программы «Ресурсосберегающие и экологически чистые комплексные процессы горно-металлургического производства (ЭКОГОРМЕТКОМПЛЕКС БУДУЩЕГО)» и программы «Разработка высокоэффективных, экологически безопасных технологий комплексной переработки угля и труднообогатимых руд»; Институтом горного дела СО РАН при выполнении работ: «Проведение исследований по обогащению смешанных свинцово-цинковых руд Жайремского месторождения с использованием ускоренных электронов, электрохимических и других процессов»; «Изучение влияния электрохимической обработки пульпы в условиях Березовской и Белоусовской обогатительных фабрик»; «Изучение возможных областей практического использования методов радиационного стимулирования процессов низкотемпературной термообработки оловосодержащего сырья металлургического передела Новосибирского оловянного комбината» и др.; Институтом ядерной физики СО РАН при создании пилотной установки производительностью до 40 кг/час по обработке минерального сырья ускоренными электронами (работа выполнялась совместно с ИГД СО РАН в рамках Государственной научно-технической программы ЭКОГОРМЕТКОМПЛЕКС БУДУЩЕГО); ОАО «Машзавод Труд» при разработке технологий и аппаратов для электрохимической обработки пульп и водных систем, включая аппараты для получения оксигидратов металлов (железа и цинка) и безреагентного умягчения воды; Новосибирским Государственным Университетом при подготовке студентов по специальности «Геомеханика».
Технико-экономическая оценка об эффективности применения энергетических воздействий в процессах рудоподготовки и обогащения полезных ископаемых показывает: что использование электрохимически полученного оксигидрата цинка позволит получить чистый
дисконтированный доход (ЧДД) 3,02 млн руб.; реализация ускоренных электронов при обогащении труднообогатимых Pb-Zn руд позволит получить чистый дисконтированный доход (ЧДД) 53,3 млн руб.; внедрение радиационной технологии рудоподготовки в полном объеме на предприятиях Кривого Рога обеспечит за 10 лет эксплуатации: экономию электроэнергии на уровне 7 млрд кВт-часов, дополнительный выпуск железного концентрата - около 15,2 млн тонн, экономический эффект -887,1 млн руб., в том числе чистый дисконтированный доход (ЧДД) 65,5 млн руб.; использование радиационно-термической технологии при переработке мышьяковистого оловянного сырья позволит решить экологическую проблему (утилизация мышьяка), и получить за 10 лет эксплуатации дополнительную продукцию на сумму 418,9 млн руб., в том числе чистый дисконтированный доход (ЧДД) 97,8 млн руб.
Апробация научных результатов. Основные результаты работы на разных этапах докладывались и обсуждались на Международных, Всесоюзных и Региональных совещаниях и конференциях (в т.ч. на XX Международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых), научно-технических, технических советах ГОКов и других предприятий в течение 1981-2011 годов.
Некоторые из них: Всесоюзное Совещание «Физико-химические основы бессточной технологии переработки полезных ископаемых» (Алма-Ата, 1981); Всесоюзный семинар «Энергетические воздействия в процессах переработки минерального сырья» (Новосибирск, 1986); Международное совещание Плаксинские чтения (Иркутск, 1987; 1993; 1999; Новосибирск, 1997; 2009; Петрозаводск, 2003; Санкт-Петербург, 2005; Красноярск, 2006; Апатиты, 2007; Владивосток, 2008; Казань, 2010; Верхняя Пышма, 2011); 5-ый Международный Симпозиум «Теоретические и технологические аспекты разрушения и механической активации полезных ископаемых - ТАТАРАМАН-88» (ЧССР, Высокие Татры, 1988); Всесоюзная конференция «Горнодобывающие комплексы Сибири и их минерально-сырьевая база» (Новосибирск, 1990); Межреспубликанский семинар «Дефекты в минералах и их роль в направленном изменении технологических свойств» (Новосибирск, 1992); Международная Конференция «Теоретические и технологические проблемы переработки минерального сырья» (Словакия, Кошице, 1994); XX Международный Конгресс по обогащению полезных ископаемых (Германия, Аахен, 1997); Международная конференция «Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых», (Новосибирск, 2001); VII и VIII Конгресс обогатителей стран СНГ (Москва, 2009, 2011); VIII и IX Всероссийские научно-практические конференции «КУЛАГИНСКИЕ ЧТЕНИЯ» (Чита, 2008, 2009); конференция с участием иностранных ученых «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (Новосибирск, 2010).
Работа докладывалась на научных семинарах в Институте горного дела СО РАН, Забайкальском, Иркутском, Кузбасском государственных университетах, а также на научно-технических совещаниях комбинатов и предприятий, например: СКБ ГОМ (в настоящее время в составе ОАО «Машзавод Труд», г. Новосибирск), Михайловского ГОКа, Норильского ГМК, Новосибирского оловянного комбината, Иртышского полиметаллического комбината, обогатительных фабрик и научно-исследовательских лабораторий вышеуказанных и других предприятий.
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 60 работ, получено 5 авторских свидетельств СССР, патент РФ и 2 зарубежных патента.
Автор выражает признательность всем сотрудникам лаборатории обогащения полезных ископаемых и технологической экологии ИГД СО РАН за помощь и сотрудничество в работе. Автор особенно признателен и благодарен докт. техн. наук, проф. Г.Р. Бочкареву и докт. техн. наук С.А. Кондратьеву за постоянную поддержку и консультации на протяжении всей работы; докт. техн. наук, проф. В.П. Мязину и докт. геол.-мин. наук, проф. Ю.В. Павленко за консультации и методическую помощь при оформлении материалов диссертации.
Выполнение работ по испытаниям и реализации новых аппаратов и технологий было бы невозможно без постоянной помощи и творческого участия коллективов и руководства целого ряда предприятий, например: ОАО «Машзавод Труд», Михайловского ГОКа, Норильского ГМК, Новосибирского оловянного комбината, Иртышского полиметаллического комбината, обогатительных фабрик и научно-исследовательских лабораторий вышеуказанных и других предприятий, которым автор выражает благодарность и сердечную признательность.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложена на 358 страницах машинописного текста, содержит 59 таблиц, 68 рисунков, список литературы из 291 наименования и приложения.
Раскрытие сростков в процессах подготовки полезных ископаемых к обогащению
Как известно, передел рудоподготовки (дробление, измельчение, классификация) является наиболее дорогостоящим и энергоемким в общей схеме обогащения (капитальные затраты достигают 50%, эксплуатационные - 60% от суммы всех затрат, а расход электроэнергии составляет 40-65% от общего расхода). При этом в зависимости от типа руд расход электроэнергии на процесс их измельчения составляет от 20 до 60 кВт-ч/т [2, 3].
Прогнозный анализ развития технологии обогащения показывает, что на перспективу основными способами рудоподготовки будут схемы рудного (рудно-галечного) самоизмельчения, полусамоизмельчения, а также схема стадиального дробления и измельчения в шаровых мельницах [3].
В то же время установлено, что выбор оптимальной схемы рудоподготовки определяет технико-экономические показатели всего передела обогащения - величину извлечения, качество концентратов и потери полезных ископаемых.
Этому вопросу уделял внимание ряд ученых, среди которых необходимо упомянуть: И.Н. Плаксина [4], его ученика и последователя В.А. Чантурия [2], В.И. Ревнивцева [3], К.Ф. Белоглазова [5], A.M. Годена [6], А.И. Ракаева [7], О.М. Тодеса, А.З. Юровского, Б.М. Звягина, И.И. Аносова, Р.Б. Розенбаума [8,9], З.В. Волкову [10,11] и др. Установлено, что при отсутствии избирательности, измельчение до величины, близкой к вкрапленности полезных минералов, необходимое для получения богатого концентрата, неминуемо вызывает сильное переизмельчение полезных минералов. А это, также как и недостаточная степень измельчения и раскрытия, приводит к удорожанию последующего металлургического передела [12].
Развитие процессов рудоподготовки уже длительное время идет в основном по пути усовершенствования способов дробления и измельчения. Главная причина, очевидно, состоит в том, что существующие теоретические взгляды на закономерности этих процессов базируются на положениях классической механики [13]. При всем принципиальном различии физических эффектов, положенных в основу известных промышленных способов дробления и измельчения, их организация сводится к созданию в разрушаемом объекте поля деформаций и напряжений, превышающих предельные прочностные характеристики материала и направленных на разрыв связей кристаллической решетки с образованием поверхности разрушения.
Куски руды при этом принимаются как сплошные твердые тела. Нарушение сплошности кристаллической решетки одновременно на значительной поверхности требует приложения очень высоких нагрузок. Для кристаллических окислов это соответствует теоретической величине порядка (1-5)х10 кг/см . К моменту разрушения подобный уровень должен быть накоплен между слоями атомов, непосредственно прилегающих к поверхности разрушения. Полезно затраченной считается лишь та энергия, которая существует после разрушения в виде свободной энергии новой поверхности. Поскольку деформационное поле создается во всем объеме куска, потенциальная энергия деформации лишь в минимальной доле, сосредоточенной вблизи поверхности разрушения, затрачивается полезно. Подавляющая же часть остальной энергии рассеивается в виде тепла. Поэтому к.п.д. дробления и измельчения при современной их организации не превышает десятых долей процента [13].
Способ приложения нагрузки при дроблении и измельчении является, как правило, сосредоточенным, поэтому разрушение куска руды происходит по одной или нескольким - по немногим поверхностям. Это обуславливает мно-гостадиальность процесса и, как следствие, громоздкость аппаратов. Место приложения нагрузки является случайным, вследствие чего наблюдается неселективное раскрытие минералов и переизмельчение руды.
Указанные принципы организации процесса рудоподготовки заимствованы обогатителями в смежных областях техники (строительное дело). И строго говоря, конечная целевая направленность процесса — образование возможно большей новой поверхности на единицу затраченной энергии (которая отражается в самих названиях «дробление» и «измельчение») и методика оценки эффективности сравнением первичной и вновь образованной поверхности, не соответствует задачам обогащения.
Основная задача рудоподготовки при обогащении - это раскрытие минералов при минимальной вновь образованной поверхности. Именно в такой постановке она отвечает принципу не дробить ничего лишнего.
Совершенствование же процессов рудоподготовки идет по законам, не отвечающим указанной конечной целевой направленности. Это, по-видимому, является одной из причин того, что рудоподготовка остается наиболее энергоемкой, дорогостоящей и наименее управляемой с точки зрения селективности операцией в общей схеме обогащения.
Ретроспективный анализ развития основных процессов обогащения показывает постепенный переход от одноэтапнои их организации на ранней стадии развития к четко выраженной дифференциации на два этапа. В начальный период развития процессы обогащения целиком основывались только на использовании различий в природных свойствах минералов. Постепенно, когда все чаще возникали задачи переработки руд с близкими свойствами минеральных компонентов, становилось необходимым воздействовать на эти свойства, чтобы усилить или создать заново различие в свойствах разделяемых минералов.
В современных условиях, когда из-за истощения запасов приходится вовлекать в переработку все более труднообогатимые руды, более жизнеспособными являются процессы обогащения, достигшие этой прогрессивной стадии развития, например, процесс флотации, пока внеконкурентный для труднообо-гатимых руд. Все чаще предварительная подготовка используется перед магнитной сепарацией (магнетизирующий обжиг, намагничивание и размагничивание) и другими процессами обогащения.
Рациональная организация процесса обогащения, таким образом, предусматривает на первом этапе направленное изменение свойств минералов и уже затем, на втором этапе - само разделение. С этой точки зрения рудоподготовку рационально также осуществлять в два этапа: подготовка руды к измельчению, вернее к раскрытию минералов, и само их раскрытие.
Подготовка руды к раскрытию минералов должна преследовать следующие цели:
1. Изменение механических (упругих) свойств руды таким образом, чтобы добиться ее разупрочнения для снижения энергетических затрат на последующее разрушение;
2. Поскольку при обогащении необходимо добиться возможно полного раскрытия минеральных компонентов руды, то разупрочнение должно быть проведено по межзерновым границам, что обеспечит процессу разрушения необходимую селективность раскрытия минералов, слагающих руду;
3. Необходимо, чтобы процессу разупрочнения подвергался не только поверхностный слой, а весь объем куска, пронизанный межзерновыми контактами зерен слагающих минералов. В этом случае при последующем этапе -разрушении, кусок руды будет распадаться на составляющие его зерна минералов по межзерновым поверхностным контактам, а процесс разрушения исходного материала приобретет объемный характер, что в пределе может быть выполнено в одну стадию при высокой удельной производительности измельчающего агрегата;
4. Наконец, желательно, чтобы при разупрочнении прочностные свойства минеральных зерен и, особенно зерен промышленно полезных минеральных компонентов существенно не изменялись, что предотвратит переизмельчение их в последующем этапе разрушения.
Действительно, если проводить процесс разрушения на определенном уровне энергетического воздействия, то можно добиться, что количество энергии, поглощаемое разрушаемым материалом, будет достаточно только для разрушения ослабленных межзерновых связей. При этом процесс измельчения и переизмельчения самих зерен минералов будет автоматически заторможен, так как это потребует преодоления энергетического барьера, необходимого для разрушения кристаллической решетки минерала.
Такая постановка логически вытекает из анализа недостатков организации процессов рудоподготовки и сама по себе не является чем-то принципиально новым. Важно вложить в нее четкий физический смысл.
Для этого полезно вновь обратиться к аналогии с развитием процессов обогащения. Следует заметить, что вышеупомянутое совершенствование процессов обогащения, то есть переход от использования природных свойств минералов к направленному их изменению перед обогащением был связан с использованием для развития теории данного процесса - например, флотации - достижений такой фундаментальной науки как физическая химия минеральной поверхности.
Радиационные термонапряжения и их влияние на прочностные свойства минералов (кварц, магнетит и др.).
Для проверки предположения о тепловом разупрочнении минералов ускоренными электронами были проведены исследования на кварце. Образцы кварца нагревались в обычной термической печи до 900С и опускались в воду. Разрушения не происходило, что связано с малым коэффициентом температурного расширения кварца. В диапазоне температур от 0 до 1200С он составляет 5.85-10 град" . Для сравнения: коэффициент температурного расширения для мрамора 1.5-10"5 град"1.
Аналогичные опыты с кварцем при нагревании его пучком ускоренных электронов показали, что в этом случае минерал разрушался.
В настоящем разделе работы приведены расчеты для второй возможной причины разупрочнения минералов под действием пучка ускоренных электронов - возникновения механических напряжений в связи с нагревом материала во время его обработки высокоэнергетическими электронами (первая причина - возникновение кулоновской силы и связанных с ней напряжений - обсуждалась выше).
Постановка задачи: Пусть шар радиуса R помещен в воздушное пространство. Считаем, что при обработке материала электронным пучком происходит изменение его температуры. Необходимо найти распределение механических напряжений, возникающих в материале шара. Найдем функцию распределения тепла. Для этого рассмотрим уравнение теплопроводности:
Анализ решения задачи. В связи со сложностями анализа полученных уравнений (2-43 - 2-45) и их геометрической интерпретации и отсутствием реальных значений коэффициента теплообмена проанализируем выражение, полученное аналогичным образом для случая полу ограниченного стержня:
В связи с отсутствием реальных значений коэффициента теплообмена рассмотрим два предельных случая:
1. х - 0, т.е. фактически на границе стержня поддерживается заданный поток тепла;
2. X т-е- на границе стержня поддерживается заданное распределение температуры.
В результате анализа полученного выражения (2-46) получим распределение напряжений, приведенное на рис. 2.2.2.
Таким образом, детальное рассмотрение механизма воздействия ускоренных электронов на прочностные свойства бездефектного кварца - одного из основных минералов большинства руд - в рамках вышеуказанных двух первых версий показало:
- разрушение минерала под действием ускоренных электронов при учете действия только кулоновских сил отталкивания - событие маловероятное (рис. 2.2.1);
- одного нагревания ускоренными электронами для уменьшения прочности и разрушения кварца также недостаточно (рис. 2.2.2).
Следовательно, для объяснения механизма разупрочнения кварца необходимо учитывать протекающие в минералах под действием ускоренных электронов физико-химические процессы.
Как известно из [144], под действием ионизирующего излучения даже при малых поглощенных дозах может происходить разогрев локальных областей кристаллов. Отсюда возможность «теплового пробоя» и разупрочнения. Были проведены эксперименты по нагреву руды, содержащей в значительном количестве кварц, в обычной термической печи и в пучке ускоренных электронов. Условия экспериментов (количество, крупность, насыпная толщина слоя пробы) были строго идентичны. Температуру образцов в пучке электронов измеряли по методике [145]. При термическом нагреве в разогретую печь помещали навеску руды и выдерживали при заданной температуре 5 и 45 мин. Разогрев до определенной температуры под пучком ускоренных электронов осуществлялся за 1.5 мин, после чего ускоритель выключался и проба остывала на воздухе. Возможные изменения кварца при нагревании контролировали с помощью рентгенофазового анализа.
На рис. 2.2.3 представлены фрагменты рентгенограмм исследованной руды после нагрева при 360 и 600С в области основного рефлекса кварца d=3,34/L По данным химического и минералогического анализов руда не содержала компонентов, рефлексы которых могли бы перекрыть этот рефлекс кварца. Как видно из рентгенограмм, интенсивность этого рефлекса при нагревании в печи в течение 5 и 45 минут до 360 и 600С (рис. 2.2.3,б,в,г,д) остается практически неизменной. Интенсивность этого же рефлекса после нагревания руды в течение 1,5 минут под пучком электронов (рис. 2.2.3,е,ж) значительно уменьшилась по сравнению с исходной и термически обработанной рудой. Эти данные, как и данные, приведенные в [146], свидетельствуют о значительном уменьшении количества кристаллической фазы кварца и его метамиктизации (необратимого разрушения) под действием радиационного излучения, что и приводит к уменьшению прочности минерала.
Приведенные выше результаты получены для случая случае стационарного распределения температуры. Далее рассматривается влияние радиационных воздействий на прочностные и технологические свойства основных минералов магнетитових кварцитов (кварц, магнетит) и гранита с і в учетом времени их обработки ускоренными электронами.
Стационарное распределение температуры достигает ся при теоретически бесконечном времени облучения, тогда я как наибольший градиент температуры и, соответственно, наибольшее значение напряжений возможно и в начальное А \ время теплового действия пучка электронов.
Для определения температуры и температурных напряжений в веществе, облучаемом высокоэнергетическим потоком электронов, примем следующую схему. На бесконечную пластину толщины L с одной стороны подводится равномерный поток энергии плотности 0(рис. 2.2.4а).
Тепловое воздействие электронов на вещество пластины моделируем наличием внутренних источников тепла, распределенных по закону Бугера-Ламберта: E(x) = EQ cxp(-dx) где E(x) - плотность энергии источника в точке х, d - линейный коэффициент поглощения потока электронов. Тогда температура в любой точке (x,y,z),0 х L будет зависеть только от х и определяться из решения нестационарного одномерного уравнения теплопроводности где t - время от начала облучения, Т{х, і) - температура в точке х в момент времени t. а2=к/ср - коэффициент температуропроводности, к— коэффициент теплопроводности, с- удельная теплоемкость, р- плотность материала пластины, Ъ - E0d/cp.
Решение краевой задачи (2-47) - (2-49) дает распределение температуры T = T(x,t) по толщине пластины в момент времени t. Температурные напряжения тогда будут определяться по известной формуле из [147]:
Для получения численных значений температуры и температурных напряжений в геоматериалах при обработке их высокоэнергетическими электронами, были выбраны гранит, кварц и магнетит (табл. 2.2.2).
Краевая задача (2-47) - (2-49) решалась численно разностным методом по двухслойной шеститочечной неявной схеме; полученная система линейных уравнений - способом прогонки [150].
Для примера, на рис. 2.2.5 даны графики рассчитанных значений температуры и температурных напряжений в пластине гранита толщиной 3 мм для времен / = 0.168, 0.336 и 0.504с от начала воздействия потоком электронов. Графики показывают, что картина распределения напряжений по толщине является достаточно сложной - растягивающие напряжения чередуются со сжимающими, причем в некоторых областях напряжение со временем меняет знак. Предел прочности на растяжение у гранита, кварца и магнетита много меньше, чем на сжатие. Поэтому первыми достигают предела растягивающие напряжения, образующие у хрупких материалов трещину, которая разрушает или существенно снижает их прочность.
Дальнейший нагрев будет вызывать не рост, а перераспределение напряжений по толщине пластины. В связи с этим, представляется логичным облучать материал до того времени, пока растягивающие напряжения не достигнут предела прочности.
Подготовка воды для приготовления шахтной эмульсии
Надежность работы гидросистемы крепей во многом зависит от качества эмульсии, представляющей собой дисперсную систему, приготовленную таким образом, что в среде одной жидкости (воды) находятся во взвешенном состоянии капельки другой жидкости - масла (эмульсола). Исследованиями и опытом эксплуатации установлено, что размер дисперсной фазы должен составлять 2-5 мкм. В этом случае эмульсия образует на омываемых поверхностях масляные пленки, обладающие антикоррозионными, антифрикционными и антизадирными свойствами, что очень важно в парах трения, т.е. в подвижных соединениях деталей.
В настоящее время на предприятиях угольной промышленности для приготовления эмульсии с присадкой ВНИИНП-117 по ТУ 38 101522-75 или с эмульсолом «Аквол-3» по ТУ 38 УССР 2-01-253-76 должна использоваться вода с основными показателями, приведенными в табл. 4.5.1.
Проверками установлено, что состав воды, используемой на местах для приготовления эмульсий, характеризуется различной жесткостью, причем даже питьевая вода не всегда отвечает требованиям, приведенным в табл. 4.5.1. Трудности снабжения питьевой водой пунктов приготовления эмульсий ставят вопрос об использовании шахтной воды. Однако без предварительной обработки она не может быть использована, так как она сильно минерализована.
Содержание солей в шахтной воде различно как по количественному, так и по объему и сочетанию этих солей. Кроме того, состав воды меняется в зависимости от места, сезона и т.п. Особенно сильно минерализованы воды Донбасса, где общая жесткость доходит до 20-25 мг-экв/л. Избыток солей кальция и магния, обусловливающих высокую жесткость воды, способствует коагуляции частиц эмульсии и ее расслоению, что отрицательно влияет на работу механизированных крепей и комплексов в целом.
Помимо солей кальция и магния в воде содержаться анионы СГ и SO/", избыточное количество которых также отрицательно сказывается на показателях качества водных эмульсий.
Большое значение для эффективной работы гидросистем механизированных крепей имеет содержание взвешенных веществ в воде, количество которых достигает 1000 мг/л и более.
С целью совершенствования процесса очистки воды в ИГД СО АН СССР разработана безреагентная электрохимическая технология умягчения воды. Основой этой технологии является возможность изменения рН воды электрохимическим способом в диафрагменном электролизере (электроконцентраторе). Известно, что при пропускании постоянного электрического тока через водные системы у катода происходит подщелачивание воды, а у анода - подкисление. При этом у катода протекает реакция: 2Н20 + 21 -» 20Н + Н2Т.
Концентрация ионов гидроксила (ОН ) возрастает и вызывает в результате увеличения рН связывание ионов Са и Mg в соответствующие труднорастворимые соединения, которые затем оседают на фильтре. Из анодной камеры диафрагменного электролизера вышеуказанные катионы кальция и магния переходят в катодную камеру за счет разности потенциалов и наличия электрического поля между электродами.
Результаты опробования безреагентного электрохимического метода умягчения воды описаны выше, а также в табл. 4.5.2. Необходимо отметить, что основным узлом установки по умягчению воды являлся диафрагменный электролизер, изготовленный из оргстекла. Анодное пространство с анодом из графита отделено от катодного пространства с катодом из стали с помощью фильтровальной ткани типа «бельтинг». Таким образом, пропуская исходную воду через диафрагменный электролизер, можно получать щелочной католит и кислый анолит. После удаления из католита твердой фазы продукты электролиза объединяются и получается очищенная вода.
В процессе работы определяли и фиксировали следующие показатели: напряжение, ток, жесткость воды Ж0, рН, концентрацию соответствующих ионов, сухой остаток, взвешенные вещества. Расход электроэнергии на очистку воды зависит от состава воды и в среднем составляет 3-5 кВт-ч/м .
Как видно из данных табл. 4.5.2, в очищенной воде снижается не только жесткость, но и содержание ионов хлора и сульфат-ионов, а также количество взвешенных веществ и сухой остаток. Как показали исследования, эмульсии, приготовленные на очищенной электрохимическим способом воде, обладают повышенными эксплуатационными характеристиками: не расслаиваются и в большей степени обладают антикоррозионными свойствами.
С целью проверки безреагентного электрохимического способа умягчения воды в промышленном масштабе ИГД СО АН СССР и Гипроуглемашем был разработан диафрагменный электроконцентратор, являющийся основной частью установки водоподготовки УВП (рис. 4.5.1).
Испытания установки проводили на Малаховском экспериментальном заводе. В состав установки входили диафрагменный электроконцетратор 1, выпрямительный агрегат 2, водоочистительная установка «Струя-100», состоящая из камеры хлопьеобразования 3 и песчанного фильтра 4, а также система трубопроводов, запорная и измерительная аппаратура. Производительность и другие параметы установки зависят от характеристики исходной воды и могут изменяться по сравнению с технической характеристикой, приведенной в табл. 4.5.3.
Установка УВП работает следующим образом. Исходная вода из водоема при помощи насоса 5(1) через обратный клапан 6(1) или из водопровода через запорный элемент 7(1) и далее через фильтр грубой очистки 8, водосчетчик 9 под давлением поступает в электроконцентратор. Пройдя электроконцентратор 1, анолит через запорный элемент 7(2) поступает в емкость 10, а католит через запорный элемент 7(3) - в промежуточную емкость 11, где из него отделяется газообразный водород (примерно 20 л из 1 м3 католита) и отводится в атмосферу. Насосом 5(2) католит отсасывается из емкости 11 и нагнетается через обратный клапан 6(2) в установку «Струя-100». Отфильтрованный от выпавших в осадок солей католит через запорный элемент 7(4) поступает в емкость 10, где объединяется с анолитом. При слиянии анолита с католитом происходит выравнивание рН.
В зависимости от характеристики исходной воды при помощи запорных элементов 7(2) и 7(3) можно так подобрать количество проходящего анолита и католита, что на выходе, т.е. в баке 10 получится вода с требуемым значением жесткости, являющейся основным показателем качества воды для приготовления эмульсии.
В процессе работы установки УВП на фильтре 4 накапливается отфильтрованный продукт (соль). При достижении разности давлений на манометрах 12(1) и 12(2), равной 1-1,5 кгс/см , возникает необходимость в промывке установки.
Для выполнения промывки используется вода из водопровода или из бака 10. Перед проведением промывки запорные элементы 7(1) и 7(4) необходимо закрыть, а запорные элементы 7(5) и 7(6) открыть. Тогда промывочная вода, пройдя фильтр 4 обратным ходом, смоет с его поверхности отфильтрованный осадок выпавших солей и через камеру 3 и запорный элемент 7(6) сбросит его в канализацию, соединенную с отстойником. В отстойнике выпавшие в осадок труднорастворимые соли оседают и по мере накопления выгребаются и утилизируются.
Промывка длится 10-15 мин, расход промывочной воды под давлением 1,5-2 кгс/см составляет 10-15 м .
В целом установка работала надежно, обеспечивая качественную очистку воды. Она рекомендована для испытаний в шахтных условиях.
Радиационно-термические процессы и возможность их реализации (на примере мышьяковистого оловянного сырья)
Сущность новой техники и ее основные характеристики. Новизна предлагаемого процесса заключается в том, что перед непосредственным процессом измельчения или обогащения исходный продукт или какой-либо пром-продукт подвергают обработке ускоренными электронами. Реализация радиа-ционно-термической технологии рассматривается для условий Новосибирского оловянного комбината. Предлагаемая схема показана на рис. 5.4.1.
Предполагается, что производство с использованием радиационной технологии будет запущено за полгода с начала реализации проекта, а до этого будут осуществляться научно-исследовательские и строительно-монтажные работы. Поскольку ускоритель в течение года может работать лишь 5000 часов, а необходимый годовой фонд времени работы составляет 8760 часов, по рассматриваемому варианту потребуется установка двух ускорителей. Капитальные затраты на реализацию проекта составят 64 млн. руб., из них около 70% приходится на долю ускорителей. В эксплуатационных затратах (953 тыс. руб/месяц) почти половину (49,5%) составят амортизационные затраты и 39% -заработная плата.
Облучение электронами позволяет усилить магнитные свойства немагнитного минерала арсенопирита, который в дальнейшем может быть эффективно выделен из процесса магнитной сепарацией. При этом в процессе переработки может быть увеличено извлечение олова за счет следующих факторов:
а) в магнитной фракции концентрата после облучения содержание олова не более 6%, в немагнитной фракции железа не более 6%, мышьяка не более 0,5%, что обеспечит извлечения олова не ниже 97,5%;
б) при восстановлении немагнитной фракции облучением степень восстановления олова 98,5%о, а содержание железа в металлическом олове не более 0,2%.
Оценка экономической эффективности. Результаты расчета показателей доходов и затрат при реализации проекта использования ускоренных электронов для двух ускорителей типа ЭЛВ-6 и показателей эффективности проекта приведены в табл. 5.4.2.
Приведенные расчеты показывают эффективность радиационно-термической технологии при переработке мышьяковистого оловянного сырья в условиях Новосибирского оловянного комбината. Выполняются основные условия эффективности инвестиционных проектов:
- чистый дисконтированный доход (ЧДД) 0 (рис. 5.4.2);
- индекс доходности (ИД) 1.
Дисконтированный срок окупаемости проекта составляет 2,8 года, что хуже, чем в предыдущем проекте, где применение технологии рассматривалось для обогащения смешанных свинцово-цинковых руд Жайремского месторождения (0,5 года). В основном это объясняется существенно меньшим показателем повышения извлечения металла при использовании технологии (1,6-2,8% для олова против 10-15% для цинка и свинца).
Тем не менее, инвестиционная привлекательность проекта для Новосибирского оловянного комбината тоже достаточно высока, о чем свидетельствуют значения индекса доходности 2,7 и внутренней нормы доходности - 65%. В результате реализации проекта за год работы дополнительно будет извлекаться 60 т олова, что обеспечит получение дополнительного чистого дисконтированного дохода более 30 млн. руб. в год.
