Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Дисертаційні роботи України
Технічні науки
Збагачення корисних копалин

Диссертационная работа:

241. Мостика Юрій Сергійович. Розвиток наукових основ кінетики мокрої високоградієнтної магнітної сепарації слабомагнітних руд: дис... д-ра техн. наук: 05.15.08 / Національний гірничий ун-т. - Д., 2005. - 35 с.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальність теми. Інтеграція України в європейський і світовий ринки мінеральної сировини вимагає істотного підвищення якості концентратів, які виробляються на гірничо-збагачувальних комбінатах. В умовах зниження якості руд і нерудних матеріалів, які подаються на збагачення, лише вдосконалення відомих і розробка нових технологій і устаткування дозволить одержувати конкурентноспроможні концентрати. Якість концентрату формується на заключних стадіях збагачення. Основними процесами, що використовуються при доведенні концентратів, є магнітна і електрична сепарація.

Промислове застосування високоградієнтна магнітна сепарація (ВГМС) знайшла при збагаченні слабомагнітних руд чорних металів, кольорових металів і нерудної сировини.

Перспективність і подальший широкий розвиток ВГМС обумовлений наступними основними перевагами цього методу розділення:

- екологічною чистотою;

- можливістю ефективного розділення дрібних (до одиниць мікрона) часток;

- можливістю розділення часток в широкому діапазоні значень питомої магнітної сприйнятливості: від ферромагнітних до діамагнітних.

Для ефективного розділення дрібних слабомагнітних часток в робочих зонах всіх типів високоградієнтних магнітних сепараторів (ВГМ сепараторів ) необхідно створити магнітне поле з високою напруженістю і неоднорідністю у великих об'ємах. Тому, важливою особливістю всіх високоградієнтних магнітних сепараторів є наявність потужних електромагнітних систем, що визначає їх високу енергоємність, масу і вартість. Промислові високоградієнтні магнітні сепаратори і фільтри є зараз найдорожчими збагачувальними апаратами, встановлена потужність яких складає сотні кіловат, а маса - сотні тонн. В окремих випадках для створення сильного магнітного поля в робочих зонах ВГМС використовуються надпровідникові магнітні системи.

Основними чинниками, які стримують розвиток і широке промислове застосування ВГМС, є:

- висока вартість устаткування і енергоємність процесу;

- тісна і, як правило, нелінійна залежність технологічних показників від властивостей руди, а також режимних і конструктивних параметрів сепаратора;

- недостатня для кількісного аналізу, синтезу параметрів і вибору конструкції сепаратора вивченість процесу.

Це підтверджує актуальність теми дисертаційної роботи.

Процес ВГМС включає фази накопичення магнітного продукту (уловлювання часток) в робочій зоні, подальшої його промивки, видалення магнітного продукту із зони розділення і є типовим прикладом циклічного процесу. Головною характеристикою всіх циклічних процесів і основним способом їх кількісного аналізу є кінетика, тобто залежність показників розділення від часу. Однак, розроблений теоретичний аналіз кінетики не дозволяє аналізувати процесс розділення слабомагнітних руд з широким діапазоном крупності та магнітної сприйнятливості часток в робочих зонах ВГМС.

Тому, розробка наукових основ кінетики ВГМС є актуальною задачею, вирішення якої дозволить удосконалити існуючі технології і устаткування для магнітного збагачення, а також визначити шляхи вдосконалення діючих і створення нових економічних та відносно дешевих сепараторів для збагачення руд, нерудних матеріалів і переробки відходів.

В дисертації вирішувалась наукова проблема встановлення закономірностей кінетики мокрого магнітного збагачення полідисперсних слабомагнітних матеріалів.

Актуальність наукової проблеми полягає в тому, що встановлення закономірностей кінетики дозволить вибирати раціональні параметри робочої зони та конструкцію сепаратора для конкретної сировини, зменшити матеріало- та енергоємність сепараторів та підвищити технологічну ефективність їх роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу даної роботи були покладені результати досліджень, які виконані відповідно до плану держбюджетних робіт Міністерства освіти і науки України, а також тематичного плану науково-дослідних робіт Національного гірничого університету згідно з пріоритетним напрямком розвитку науки і техніки "Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючі технології” та державною програмою "Золото України". Під науковим керівництвом автора були виконані наступні роботи:

1. "Створення наукових основ процесу розділення слабомагнітних мінералів методом високоградієнтної магнітної сепарації з метою удосконалення обладнання і створення нових ресурсозберігаючих та екологічно чистих технологій збагачення руд і нерудних матеріалів" (1996-1998 рр., № держреєстрації 0194U023450);

2. "Дослідження властивостей і закономірностей сепарації слабомагнітних матеріалів і сумішей в сильних магнітних полях з використанням вібрацій з метою розробки високоградієнтних магнітних сепараторів з низькою енерго- і матеріалоємністю" (1997-1999 рр., № держреєстрації 0197U035452 );

3. "Створення теорії вилучення зростків діа- і парамагнітних мінералів та методів отримання високоякісних нерудних концентратів з родовищ України" (2000-2002 рр., № держреєстрації 100U001809);

4. "Дослідження збагачуваності та розробка екологічно чистих технологій механічного збагачення комплексних руд благородних металів Білозірської зеленокам’яної структури з використанням магнітних методів" (1996-1998 рр., № держреєстрації 0196U014837).

Мета роботи – розвиток наукових основ кінетики розділення слабомагнітних мінералів та руд із широким діапазоном крупності та питомої магнітної сприйнятливості часток в робочих зонах ВГМС, що дозволяють аналізувати процес сепарації на кількісному рівні та вдосконалювати технології збагачення слабомагнітних руд.

Ідея роботи. Моделювання кінетики магнітної сепарації в робочих зонах ВГМ сепараторів виконується на основі відомих функцій розподілу фізичних властивостей сировини і встановленого нами пріоритету уловлення часток, що дозволить аналізувати процес високоградієнтної сепарації слабомагнітних руд з широким діапазоном крупності і магнітної сприйнятливості часток.

Для досягнення вказаної мети в дисертації були поставлені і вирішені наступні задачі:

1. Уточнити моделі руху і методи розрахунків траєкторій руху часток поблизу феромагнітних елементів матриці для аналітичного визначення площі перетину захоплення і коефіцієнта уловлювання часток на початковому етапі процесу, коли матриця не завантажена магнітним продуктом.

2. Дослідити гідродинамічний режим руху часток в робочих зонах ВГМС та вивчити його вплив на ефективність уловлювання.

3. Розробити математичну модель кінетики розділення руд з широким діапазоном зміни крупності і питомої магнітної сприйнятливості часток.

4. Розробити методики опису і кількісного аналізу фізичних властивостей мінералів, які впливають на пріоритет і ефективність уловлювання слабомагнітних часток в робочих зонах ВГМС.

5. Розробити методи розрахунку продуктивності і інших параметрів ВГМ сепараторів, які засновані на оцінці кінетики процесу уловлювання слабомагнітних часток в робочих зонах.

Об'єкт досліджень - магнітне збагачення слабомагнітних руд і нерудних матеріалів з широким діапазоном зміни властивостей часток в робочих зонах сепараторів з циклічним режимом роботи.

Предмет досліджень - процес руху, накопичення часток та кінетика сепарації слабомагнітних руд в робочих зонах ВГМС.

Методи досліджень. Методологічною основою аналітичних досліджень параметрів магнітного поля, процесів руху, розділення і накопичення часток в робочих зонах сепараторів є основні положення класичної теорії поля, механіки рідини, математичне і фізичне моделювання сил, діючих на частки і траєкторії їх руху, а також експериментальні дослідження процесів розділення мінералів в лабораторних і промислових умовах.

При виконанні дисертаційної роботи використовувалися: аналітичні методи - для отримання рівнянь руху часток в робочих зонах високоградієнтних магнітних сепараторів і аналізу гідродинамічного режиму їх руху; методи математичного моделювання і чисельного експериментування - для розрахунку траєкторій руху слабомагнітних часток і визначення вірогідності їх уловлювання, а також для побудови моделі кінетики процесу високоградієнтної магнітної сепарації в робочій зоні з урахуванням заповнення активного об'єму матриці магнітним продуктом; методи технічного відеозапису - для експериментальної перевірки розроблених математичних моделей руху часток і визначення розмірів тіл накопичення на елементах матриць.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Розроблена модель кінетики сепарації, заснована на аналізі процесу заповнення активної частини об'єму робочої зони частками різної крупності і питомої магнітної сприйнятливості, з урахуванням пріоритету уловлювання і закріплення часток різних мінералів.

2. Розроблена система диференціальних рівнянь руху часток біля елементів матриць циліндричної форми, яка вперше враховує гравітаційні сили і сили інерції, які діють на частки.

3. Удосконалена математична модель уловлювання часток циліндричними елементами матриці, яка заснована на визначенні граничної траєкторії і розрахунок якої вперше проводиться з урахуванням зміни гідродинамічного режиму руху частки на різних ділянках траекторії.

4. Вперше встановлено, що процес руху часток з високою питомою вагою біля точки рівноваги сил може носити коливальний характер.

5. Вперше встановлено, що сили інерції, які діють на частку в робочій зоні ВГМС, впливають на перетин захвату та коефіцієнт уловлювання.

Наукові положення, що захищаються в дисертації:

1. Швидкість руху часток відносно рідини поблизу циліндричного феромагнітного елемента на різних ділянках траєкторії змінюється в 5-10 разів, тому при моделюванні руху часток необхідно враховувати зміну параметрів гідродинамічного режиму обтікання часток рідиною.

2. Аналіз процесу уловлювання часток при незавантаженій матриці доцільно проводити шляхом розрахунку траєкторій їх руху біля намагнічених елементів матриці з урахуванням сил інерції і гравітаційних сил, які діють на частки.

3. Ефективним підходом до прогнозування технологічних показників сепарації руд і нерудних матеріалів з широким діапазоном зміни фізичних властивостей є модель кінетики мокрої високоградієнтної магнітної сепарації, що враховує пріоритет уловлювання часток феромагнітними елементами матриці і функції розподілу крупності і магнітної сприйнятливості часток сировини.

Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці методики визначення магнітного фракційного складу і моделей процесу розділення слабомагнітних руд, які дозволяють визначати технологічні показники процесу в залежності від тривалості часу подачі пульпи, вибирати раціональні режимні і конструктивні параметри робочої зони. Комплекс моделей є науковою базою вибору параметрів робочої зони і типу магнітних сепараторів для збагачення слабомагнітних руд і очищення нерудних матеріалів. Розроблена нова методика розрахунку продуктивності ВГМС циклічної і безперервної дії та визначені раціональні області застосування сепараторів з робочою зоною, що рухається, та сепараторів з циклічним режимом роботи.

Виконані теоретичні і експериментальні дослідження були покладені в основу вдосконалення існуючих і розробку нових технологій і устаткування для збагачення руд і нерудних матеріалів.

Упровадження результатів роботи. Результати моделювання кінетики розділення, а також комплексних досліджень магнітного фракційного складу, властивостей і збагачуваності розсипних ільменітових руд були покладені в основу технології виробництва ільменітових концентратів із підвищеним вмістом ТіО2 для виробництва електрокорунду, легованого оксидами тітану на ОАО „Запорізький абразивний комбінат”.

На основі моделі кінетики процесу мокрої ВГМС і розрахунку траєкторій руху часток і кінетики розділення дрібнозернистої марганцевої руди в сепараторах типа VMS-100/2 на Грушевській фабриці ВАТ "Марганецький ГЗК" обґрунтована доцільність модернізації конструкції робочої зони сепаратора, що дозволило усунути проблему забивання матриці при збереженні технологічних параметрів роботи сепаратора.

Технологія збагачення гнейсів біотит-гранатових і виробництва гранатових концентратів, яка розроблена із застосуванням математичних моделей кінетики розділення слабомагнітних мінералів і методики магнітного фракціонування, упроваджена в проект дослідно-промислової збагачувальної фабрики, що будується СП «Гранат» на Іванівському спецкар'єрі.

Результати досліджень магнітних властивостей, складу і збагачуваності вугілля різних марок методом ВГМС були покладені в основу Програми ДКНТ і Постанови Кабінету Міністрів України № 517 від 13 травня 1996 р. про створення кріомагнітних сепараторів для десульфурації вугілля продуктивністю 10 т/год.

В ході виконання ряду госпдоговірних і держбюджетних науково-дослідних робіт автором роботи застосовувалися математичні моделі кінетики розділення і методика магнітного фракціонування руд при дослідженні складу, збагачуваності і розробці технологій збагачення комплексних золото- і срібловміщуючих руд Білозірського залізорудного родовища, та інших руд і нерудних матеріалів.

Обґрунтованість і достовірність наукових результатів, висновків і рекомендацій забезпечується застосуванням класичної теорії поля і механіки рідини при виведені рівнянь руху часток, а також при розробці математичних моделей руху, уловлювання і накопичення часток в робочих зонах ВГМС.

Експериментальна перевірка математичних моделей руху часток, яка виконана шляхом аналізу відеозаписів процесів руху і уловлювання часток в робочих зонах, показала збіжність розрахункових і експериментальних даних.

Адекватність математичної моделі кінетики підтверджується збіжністю розрахункових даних з результатами лабораторних і промислових експериментів на модельних сумішах вузьких фракцій і на реальних рудах. Абсолютні похибки показників розділення не перевищують 1-2%, при цьому відносна похибка не перевищує 5% при перевірці на вузьких фракціях і 12% при збагаченні руд.

Особистий внесок автора. Особистий внесок автора в наукових результатах, винесених на захист, полягає в постановці задач досліджень, формулюванні наукових положень, розробці методів, підходу і способу аналізу кінетики розділення часток в процесах ВГМС; розробці методики кількісного аналізу властивостей слабомагнітних руд; розробці методики розрахунку продуктивності сепараторів; створенні нових і вдосконаленні існуючих технологій і устаткування для збагачення руд і нерудних матеріалів.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на: Всесоюзній нараді „Минерально-сырьевые ресурсы и комплексное их освоение (Мельниковские чтения)” (м. Сарапул, 1989); науковій конференції „Эффективные технологии, способы и средства, обеспечивающие современные требования к экологии при разработке месторождений полезных ископаемых” (м. Москва, 1990); Всесоюзній нараді „Физические процессы горного производства” (м. Москва, 1991); науково-технічній конференції „Экологические проблемы горного производства” (м. Москва, 1993); Міжнародній науково-технічній конференції „Проблемы экологического мониторинга и охраны труда” ( м. Севастополь,1993); Міжнародному симпозіумі „Пенная сепарация” (м. Сімферополь, 1994); Міжнародній конференції „INTERMAG-95” (м. Сан-Антоніо, 1995); П’ятій міжнародній науковій конференції „ Прикладные проблемы механики жидкости и газа” (м. Севастополь, 1996); Міжнародній конференції „Техногенные ресурсы Украины” (м. Київ, 1996); Міжнародної конференції „ Сучасні шляхи розвитку гірничого обладнання і технологій переробки мінеральної сировини” ( м. Дніпропетровськ, 1997); Міжнародних конференціях „ Теорія та практика процесів помелу, змішування та ущільнення” (м. Одеса, 1994-2004), Наукових сімпозіумах „ Неделя горняка” ( м. Москва, 2003-2005).

Публікації. Основні наукові і практичні результати, які отримані в дисертації, опубліковані в 44 друкованих роботах, в тому числі, в 1 монографії, 22 статтях в фахових наукових журналах і збірниках наукових робіт, 12 матеріалах конференцій. Отримані 1 авторське свідоцтво і 1 патент.

Подобные работы
Олійник Тетяна Анатоліївна
Розвиток наукових основ технологій комплексного збагачення титан-фосфорних руд корінних родовищ України.
Горобець Лариса Жанівна
Розвиток наукових основ подрібнення твердих корисних копалин
Сергєєв Павло Всеволодович
Розвиток наукових основ селективної флокуляції вугілля гі-дрофобними органічними реагентами.
Калініченко Всеволод Олександрович
Розвиток наукових основ раціонального використання сировинної бази Кривбасу при включенні в розробку втрачених руд і магнетитових кварцитів.
Лапшин Євген Семенович
Розвиток теорії вібраційного грохочення на основі удосконалювання модельних уявлень кінетики процесу
Полінський Олександр Маркович
Методи автоматичного контролю та оптимізації технологічних комплексів мокрої магнітної сепарації залізних руд
Моркун Наталія Володимирівна
Адаптивна система управління процесом магнітної сепарації залізних руд на базі засобів ультразвукового контролю
Довгалюк Борис Петрович
Розвиток основ теорії керування доменним процесом на базі створених алгоритмів та автоматизованих систем
Сотніков Олексій Леонідович
Попередження відхилень параметрів коливального руху кристалізатора МБЛЗ на основі розвитку методів діагностики механізму хитання
Слинько Георгій Іванович
Розвиток основ структуроутворення і керування властивостями фосфористих чавунів, які працюють в умовах циклічних навантажень та підвищених температур.

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net