Исследование закономерностей распределения характеристик рентгеновской люминесценции алмазосодержащего сырья

Алмазодобывающая промышленность России включает в себя горнодобывающие комплексы и обогатительные фабрики, которые эксплуатируются в сложных горнотехнических и климатических условиях Крайнего Севера. Разведкой, добычей и переработкой алмазоносных руд и песков занимается крупнейшая в РФ компания «АЛРОСА», задачей которой является поддержание уровня переработки алмазосодержащих руд и песков не ниже достигнутого и повышение качества основной продукции. Сырьевая база алмазодобычи в мире ограничена, качество её ухудшается, основные объёмы легкодоступных и богатых запасов на известных месторождениях уже близки к исчерпанию. Резко расширяются масштабы разработки запасов подземной добычи, что в свою очередь ведёт к повышению себестоимости алмазов. Это приводит к необходимости постоянного совершенствования технологий и оборудования в процессах рудоподготовки и обогащения алмазосодержащего сырья.

Выбор технологии обогащения во многом зависит от вещественного состава алмазосодержащего сырья, контрастности механических, физических и физико-химических свойств ценного компонента и вмещающих пород, крупности алмазов и содержания полезного компонента в общем объёме добываемой руды. В настоящее время эффективно применяются рентгенолюминесцентный, гравитационный, флотационный и адгезионный методы обогащения. Опытом обогащения алмазосодержащей руды крупностью -50+6 мм и доводкой гравитационных концентратов класса крупности -6+1 мм [8, 74] подтверждено, что одним из наиболее экономически целесообразных методов является рентгенолюминесцентная сепарация.

Эффективность применения сепарации во многом зависит от наличия в вещественном составе сырья минералов, близких по люминесцентным свойствам к ценному компоненту, и алмазов с пониженной амплитудой люминесценции. Так, например, алмазосодержащее сырьё трубки «Интернациональная» содержит большое количество галита, люминесценция й которого близка к люминесценции алмазов, а трубка «Юбилейная» имеет повышенное содержание слаболюминесцирующих алмазов. Это приводит к снижению технологических показателей работы сепараторов, что требует их усовершенствования.

Таким образом, необходимо на базе существующего оборудования создать дополнительные устройства, с помощью которых возможно повысить извлечение ценного компонента из алмазоносных руд, содержащих в общем объёме сопутствующие минералы, близкие по люминесцентным свойствам к алмазам, и слаболюминесцирующие алмазы.

В последнее время наметились пути создания рентгенолюминесцентных сепараторов (РЛС) нового уровня надёжности, работоспособности и эффективности [62]. Проектирование, экспериментальная и промышленная проверка сепараторов для различных условий эксплуатации производится с использованием современных средств и методик. Однако перед использованием РЛС последнего поколения в процессах обогащения и доводки алмазосодержащих продуктов необходимо выбрать оптимальные параметры настройки и режимы их работы.

Данная работа направлена на определение закономерностей распределения критериев разделения рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья с целью обоснованного выбора параметров и режимов работы РЛС, адаптации их к заданным условиям эксплуатации с учётом эффективности разделения ценного компонента и сопутствующих минералов, технологических и экономических показателей.

Исходя, из вышесказанного следует, что исследование люминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов для научного обоснования алгоритмов принятия решений о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья является актуальной задачей, имеющей важное отраслевое значение.

Объектом исследований являются РЛС для обогащения алмазоносной руды, содержащей сопутствующие люминесцирующие минералы и слаболюминесцирующие алмазы.

Предметом исследований являются характеристики рентгено-люминесценции (РЛ) алмазов и сопутствующих минералов месторождений Западного региона Якутии и месторождения им. М. В. Ломоносова.

Идея работы заключается в использовании закономерностей распределения характеристик РЛ алмазов и сопутствующих минералов в условиях предприятий компании «АЛРОСА» для интенсификации процесса рентгенолюминесцентной сепарации.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности извлечения алмазов и селективности процесса рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья на основе закономерностей распределения характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Кривые распределений рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов, определённые с применением критериев нормированной автокорреляционной функции (свёртки) сигнала РЛ, отношения компонент сигнала РЛ, интенсивности сигнала РЛ и времени его затухания, пересекаются в точках, в которых значение параметров соответствующего критерия указывает на минимальный выход сопутствующих минералов в концентрат, но наблюдаются значительные потери алмазов;

2. Наиболее эффективным из алгоритмов принятия решений о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья является свёртка сигнала РЛ, значение которой для руд различных месторождений соответствует 0,15+0,05;

3. Работа сепараторов в селективном режиме позволяет повысить чувствительность рентген-оптической системы не менее чем в 2 раза при одновременном сокращении сопутствующих минералов по сравнению с.

К' ¦ пороговым режимом, что приводит к дополнительному извлечению слаболюминесцирующих алмазов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Впервые, на базе выполненных исследований и результатов обработки экспериментальных данных, научно обоснован алгоритм принятия решения о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья по свёртке сигнала РЛ, при котором достигаются высокие технологические показатели;

2. Оценена эффективность оптимизации параметров настройки аналого-цифрового блока регистрации (АЦБР), что подтверждается результатами промышленных испытаний РЛС в селективном режиме работы при разделении слаболюминесцирующих алмазов на фоне ярколюминесцирующих минералов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждаются большим объёмом экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных и промышленных испытаний с результатами статистических исследований, представительными выборками значений характеристик РЛ алмазов и сопутствующих минералов.

Практическая значимость работы:

1. Разработаны «Методика отбора технологической коллекции алмазов», «Методика проведения промышленных испытаний РЛС в селективном режиме». Методики используются лабораторией радиометрической сепарации института «Якутнипроалмаз» при проведении испытаний на обогатительных фабриках (ОФ) Айхальского, Мирнинского, Удачнинского горнообогатительных комбинатов (ГОК);

2. Разработаны и переданы на обогатительные объекты компании «АЛРОСА» рекомендации, обеспечивающие повышение эффективности извлечения алмазов и селективности процесса рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья за счёт выбора оптимальных параметров настройки АЦБР РЛС в селективном режиме работы, включающие полученные в работе графики распределений интенсивности РЛ, свёртки сигнала РЛ, отношения суммы быстрой компоненты (БК) и медленной компонент (МК) разгорания РЛ за вычетом РЛ воздуха к МК затухания РЛ, постоянной времени затухания РЛ алмазов и сопутствующих минералов.

Реализация результатов работы. Разработанные рекомендации по выбору оптимальных параметров АЦБР РЛС приняты к внедрению на ОФ № 14 компании «АЛРОСА» с экономическим эффектом 10 023,1 тыс. руб. в год.

Апробация результатов диссертационной работы.

Основные результаты работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (г. Екатеринбург, 2007 г.), Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (г. Севастополь, 2007 г.), XI Лаврентьевских чтениях (г. Якутск, 2007 г.), Региональной 11 научно-практической конференции, посвященной 375-летию вхождения Якутии в состав РФ (г. Мирный, 2007 г.), Региональной научно-практической конференции, посвященной 85-летию образования Якутской автономии и 15-летию вступления в силу Конституции Якутии (г. Мирный, 2007 г.), 1-й Всероссийской научно-практической конференции «Молодёжь и научно-технический прогресс в современном мире» (г. Мирный, 2009 г.), Международной научно-технической конференции «Неделя горняка» (г.Днепропетровск, 2011 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы и пути эффективной отработки алмазоносных месторождений» (г. Мирный, 2011 г.).

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, из них 5 статей в рецензируемых научных журналах, определённых ВАК РФ.

Вклад автора состоит в определении цели, идеи работы, постановке задач исследования, в проведении исследований характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов в лабораторных условиях, в математической обработке, анализе и обобщении полученных результатов, в обосновании научных положений, выводов и рекомендаций, в установлении закономерностей изменения значений критериев разделения рентгено-люминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья, в проведении промышленных испытаний рентгенолюминесцентных сепараторов, в разработке методик и мероприятий по повышению эффективности работы сепараторов в селективном режиме на обогатительных фабриках компании «АЛРОСА».

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников из 102 наименований и содержит 140 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 13 таблиц, 9 приложений.

выводы.

По результатам испытаний сепаратора ЛС-20−05−2М в составе с аналого-цифровым блоком регистрации на фабрике № 3 Мирнинского ГОКа выход галита в концентрат уменьшился на порядок по сравнению с пороговым режимом работы.

Выход сопутствующих минералов в концентрат в селективном режиме работы по сравнению с пороговым режимом работы сепаратора ЛС-ОД-50−03Н на фабрике № 8 Айхальского ГОКа уменьшился в 3 раза. Выход сопутствующих минералов в концентрат в селективном режиме работы по сравнению с пороговым режимом работы сепаратора ЛС-Д-4−03Н на фабрике № 14 Айхальского ГОКа уменьшился в 4 раза. При обработке концентратов тяжелосредной сепарации работа сепараторов ЛС-ОД-50−03Н и ЛС-Д-4−03Н в селективном режиме позволяет повысить чувствительность рентген-оптической системы не менее чем в 2 раза при одновременном сокращении сопутствующих минералов по сравнению с пороговым режимом, что приводит к дополнительному извлечению слаболюминесцирующих алмазов.

Селективный режим работы сепараторов ЛС-Д-4−03Н обеспечивает извлечение алмазов на уровне 98,8%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертационная работа является законченной научно-исследовательской работой, в которой дано новое решение актуальных научных задач. В работе проанализированы и обобщены результаты экспериментальных и статистических исследований рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов месторождений Западной Якутии и месторождения им. М. В. Ломоносова и выявлены закономерности их изменения. Проведены промышленные испытания рентгенолюминесцентных сепараторов, которые показали целесообразность применения критериев разделения, заложенных в аналого-цифровом блоке регистрации. По результатам промышленных испытаний сепараторы в селективном режиме работы внедрены на обогатительных фабриках предприятий компании «АЛРОСА». Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Кривые распределений характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов кимберлитовых трубок «Архангельская», «Интернациональная», «Удачная», «Юбилейная», определённые с применением критериев нормированной автокорреляционной функции (свёртки), отношения компонент, интенсивности сигнала люминесценции и времени его затухания, пересекаются в точках, в которых значение параметра соответствующего критерия указывает на минимальный выход сопутствующих минералов в концентрат, но наблюдаются значительные потери алмазов;

2. На основании выполненных исследований рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов установлено, что наиболее контрастным критерием разделения является свёртка сигнала люминесценции;

3. Впервые, на базе выполненных экспериментальных и статистических исследований рентгенолюминесцентных свойств алмазов и сопутствующих минералов и результатов обработки полученных данных, научно обоснован алгоритм принятия решений о выделении алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья по свёртке сигнала люминесценции, и доказана его эффективность применения;

4. Разработаны методики отбора технологической коллекции алмазов, сбора информации о люминесцентных свойствах алмазов и сопутствующих минералов, обработки выборок характеристик люминесценции алмазосодержащего сырья, проведения промышленных испытаний сепараторов в селективном режиме работы, анализа и обобщения полученных результатов, определения параметров настройки сепараторов, рекомендации по интенсификации процесса рентгенолюминесцентной сепарации, которые переданы на предприятия компании «АЛРОСА»;

5. По результатам промышленных испытаний сепараторов установлено, что работа сепараторов в селективном режиме позволяет повысить чувствительность рентген-оптической системы не менее чем в 2 раза при одновременном сокращении сопутствующих минералов по сравнению с пороговым режимом, что приводит к дополнительному извлечению слаболюминес-цирующих алмазов. Испытания позволили оценить эффективность выбранных параметров настройки аналого-цифрового блока регистрации, что подтверждается достигнутыми технологическими показателями;

6. Внедрение сепаратора ЛС-Д-4−03Н в селективном режиме работы на обогатительной фабрике № 14 компании «АЛРОСА» (акт внедрения № 38−08 от 25.11.2008 г.) позволило дополнительно повысить извлечение алмазов на 0,2% (Приложение 8);

7. Экономический эффект от внедрения мероприятия № 38−08 на фабрике № 14 согласно расчёту (Приложение 9), выполненному в институте «Якутнипроалмаз», составил 10 023 100 рублей в год (автору принадлежит не менее 15% долевого участия).