Горный журнал УГГУ - Результаты поиска для: Хопунов Э. А.

В процессах рудоподготовки по-прежнему весьма актуальной остается проблема высокого энергопотребления в технологиях дезинтеграции минерального и техногенного сырья. Исследования, выполненные на множестве руд, подтвердили, что работа внешних сил при дезинтеграции лишь в малой степени преобразуется во вновь образованную поверхность, т. е. собственно в раскрытие минералов. Одним из потенциальных инновационных направлений снижения энергозатрат на дезинтеграцию являются волновые технологии, в которых используется эффект, подобный «реологическому взрыву». В работе рассмотрены результаты исследования влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ, выступающих в качестве понизителя поверхностной энергии) на процессы разрушения объемно деформированных образцов различных руд. В отличие от «реологического взрыва», в котором инициатором разрушения являются сдвиговые деформации объемно напряженного тела, в работе представлены доказательства возможности ПАВ вызвать образование новых поверхностей за счет внутренней упругой энергии, накопленной при объемном деформировании. Исследования, выполненные на образцах титаномагнетита, железистого кварцита, хромитовых и редкометалльных рудах с различными ПАВ, подтвердили наличие эффекта самопроизвольного трещинообразования в момент подачи ПАВ в объемно деформированный материал. Микрофрактографический анализ продуктов разрушения показал, что во всех исследованных образцах руд при объемном деформировании выявлено преимущественно интеркристаллитное разрушение с минимальным числом сростков и преимущественным раскрытием рудных минералов в естественной крупности.

Современное развитие технологий связано с конвергенцией, основанной на принципах междисциплинарного подхода, на объединении разных наук. Необходимость конвергенции в области недропользования вызвана низкими темпами развития техники и технологии переработки минеральных ресурсов, низким уровнем комплексного освоения недр, высоким уровнем энергозатрат и большим количеством техногенных отходов. Конвергенция в недропользовании призвана объединить в рамках единых информационных систем комплекс наук о Земле: минералургию, геомеханику и геологию. Информационной базой новых технологий являются данные технологического картирования месторождения по всем извлекаемым минеральным комплексам, дополненные характеристиками, связывающими параметры буримости-взрываемости с текстурными, структурными, прочностными и технологическими свойствами извлекаемых минералов и комплексов. Проанализированы взгляды собственника (государства) и недропользователя на рациональное использование недр. Для преодоления противоречий интересов государства и инвестора в части недропользования предложено ввести три категории запасов: физические, извлекаемые и экономические, что дает исчерпывающую оценку запасам минеральных ресурсов. Приведен пример конвергенции горных технологий, позволившей получить новые виды продукции, повысить экологические, технологические и экономические показатели переработки сложных и комплексных по составу рудных тел.

Дезинтеграция руд как единый процесс рудоподготовки требует ясного понимания физики протекающих процессов, без которого невозможно снижать энергоемкость и улучшать показатели эффективности раскрытия. Рассмотрены основные проблемы физического моделирования процессов дробления и измельчения руд. Задача работы – привлечь внимание исследователей к этой актуальной проблеме с учетом новых достижений в области автоматизации эксперимента и компьютерного моделирования. Сделан вывод о том, что в силу значительной вариации структуры, физико-механических свойств руд и раскрываемых минералов невозможно использовать существующие теории разрушения твердых тел. Показано, что единственно возможным является эмпирическое моделирование реальных физических процессов, протекающих в том или ином аппарате для дезинтеграции руд. Рассмотрена совокупность параметров, которые способны количественно описывать процесс дезинтеграции для практического применения: скорость деформирования, длительность воздействия, величина деформации, амплитуда ударного импульса, энергия и усилие разрушения. Приведен анализ особенностей физического моделирования разрушения руд в щековой дробилке, барабанной и центробежной мельницах, роллер-прессе и конусной инерционной дробилке.

Резервы снижения энергозатрат следует искать в области переработки минерального сырья, поскольку основная доля энергии, потребляемой при рудоподготовке, приходится на процессы измельчения. Характерно, что мельница, как «небалансный маховик», потребляет для своего вращения практически одинаковую энергию вне зависимости от того, происходит ли в это время разрушение частиц или нет, увеличивая энергопотребление по мере уменьшения тонины помола. Эксперименты показывают, что энергия разрушения и величина разрушающего усилия уменьшаются по мере уменьшения размера измельчаемых частиц. Выявлено несоответствие между физически необходимым и технически потребляемым уровнем энергии. Основные причины такого несоответствия лежат в области процессов трансформации кинетической и потенциальной энергии мелющих тел и увеличении исходной поверхности при сокращении размеров входящего сырья. Рассмотрены наиболее значимые факторы, определяющие различие между требуемым и фактическим энергопотреблением в процессах измельчения, которые позволяют объяснить, почему барабанные мельницы имеют ограниченные возможности для снижения энергозатрат, и наметить пути конструктивных решений по их снижению.

На основе оценки  результатов исследований прошлых лет предложена расширенная концепция селективного разрушения, начиная с буровзрывных работ. Идея основывается на том, что макроструктурная неоднородность горных пород (текстура) связана с распределением разных видов минерального сырья в пространстве взрываемого блока, а высокоэнергетическое воздействие взрыва при объемном нагружении способно обеспечить дезинтеграцию взрываемого массива на фрагменты с некоторой усредненной совокупностью разделительных признаков. В расширенной концепции селективного разрушения предполагается иерархический принцип организации рудоподготовки, в которой селективное разупрочнение переносится уже на уровень первичного разрушения горного массива взрывом. Рассмотрен еще один из аспектов селективного разрушения – использование его в качестве инструмента в организации малоотходных технологий и рационального недропользования, который предполагает использование принципа проектного управления (управление изменениями) на основе сквозных технологических и экономических моделей, включающих стоимостную оценку самого месторождения и извлеченных товарных продуктов.

Дано представление о механизме разрушения горных пород в процессе дробления «в слое», описаны три уровня размерности частиц: нано-, микро- и макроуровень, – на которых происходит разрушение. Прочность горной породы определяется количеством, размером и ориентацией дефектов различного уровня. На наноуровне рассмотрены концентрации напряжений у кончика трещин, равных атомному диаметру. Выявлены различия между процессами разрушения материала «в слое» с помощью прямых и встречных усилий выпуклых поверхностей, заключающиеся в образовании концентрации напряжений при использовании встречных усилий выпуклых поверхностей, что способствует снижению энергозатрат при дроблении. При дроблении «в слое» с помощью прямых усилий разрушение кусков происходит  в первую очередь на микро- и макроуровнях. Разрушение материала в измельчительных валках высокого давления происходит при меньших энергозатратах, чем при дроблении методом одноосного сжатия и дробления «в слое» с помощью прямых усилий, так как здесь превалируют процессы наноуровня.