Потери, разубоживание и усреднение качества полезных ископаемых

Размещено на http://www.allbest.ru/

Потери, разубоживание и усреднение качества полезных ископаемых

План

1. Взаимосвязь технологических процессов добычи и обогащения полезных ископаемых

2. Усреднение качества полезных ископаемых

1. Взаимосвязь технологических процессов добычи и обогащения полезных ископаемых

Полезные ископаемые, добываемые из недр земли, могут применяться без предварительной переработки (каменный уголь, торф, соль и т. п.) или после переработки, имеющей целью получение какой-либо составной части, (например, концентратов и металлов из руды, коска из каменных углей и т. п.). Большей частью добытые из недр земли полезные ископаемые для непосредственного использования непригодны вследствие того, что не удовлетворяют кондициям по содержанию основных компонентов, и обычно их подвергают предварительной механической обработке (дроблению, обогащению). полезный ископаемый минеральный

Из общих запасов железных руд в Советском Союзе только 17% представлено рудами, которые могут быть использованы в черной металлургии без обогащения (содержание железа превышает 55%), 64% - рудами, обогащение которых возможно по простым схемам и около 19% - рудами, требующими сложных методов обогащения. Техническая эффективность и целесообразность разработки конкретного месторождения оценивается количеством и качеством сырья, поступающего из карьера, совершенством технологических процессов на карьерах, обогатительных фабриках и металлургических заводах. Рациональное сочетание технологических процессов добычи, транспортирования и обогащения полезных ископаемых создает благоприятные условия для максимального извлечения и использования балансовых и забалансовых запасов месторождений. Комплексной решение этой задачи предполагает: снижение потерь полезного ископаемого; уменьшение его разубоживания при добыче и стабилизации качества. Месторождения полезных ископаемых отличаются: физико-механическими свойствами исходного сырья; формами и условиями залегания; типом и сортностью полезного ископаемого; расположением отдельных разновидностей полезного ископаемого; степенью сложности минералогического и химического состава и т. д.

На практике полезные ископаемые, добываемые даже в одном забое, имеют значительные колебания как по процентному содержанию основных компонентов (железа, кремнезема и т. п.), так и по характеру вкрапления рудного минерала в пустую породу. При непосредственной отгрузке добытой руды на обогатительную фабрику или металлургический завод качество ее крайне непостоянно, что плохо отражается на процессе обогащения и металлургическом переделе. Эти колебания в качестве руды имеют еще большую амплитуду, если завод или обогатительная фабрика снабжаются сырьем из нескольких карьеров (забоев).

Требования, предъявляемые к полезным ископаемым перед обогащением и к концентратам, используемым в металлургии, предопределяются состоянием техники и технологии обогащения, а также последующим металлургическим переделом. Качество концентратов устанавливают государственными стандартами (ГОСТ) или техническими условиями (ТУ). Руды и концентраты должны удовлетворять требованиям по физико-механическим свойствам и химическому составу: содержание основного полезного компонента и вредных примесей в исходном сырье и концентрате, крупность и т.д.

Железные руды и концентраты используют в доменном и сталеплавильном производствах, а также в специальных процессах: прямое восстановление железа, порошковая металлургия и др. среднее содержание железа в концентратах при обогащении магнетитовых, гематитовых, мартитовых и полу мартитовых руд составляет обычно 65-55%, бурых железняков 55-45%*.

Марганцевые руды и концентраты используют металлургической и химической промышленности. Для химической промышленности требуется пиролюзитовые концентраты, содержание более 80% марганца. В металлургических марганцевых концентратах содержание марганца должно быть не менее 40-34%.

Свинцовые концентраты перерабатываются в процессе плавки. Пределы содержания в концентратах свинца не менее 70-30%.

Цинковые концентраты перерабатываются на дистилляционных и электролитных заводах. Пределы содержания цинка в концентратах 53-40%. Медные концентраты поступают после обжига в отражательные печи для выплавки штейна. Пределы содержания меди в концентратах 20-11%. Молибденовые концентраты потребляются в основном металлургической промышленностью. Пределы содержания в концентратах молибдена 50-47%. Вольфрамовые концентраты используют для выплавки ферровольфрама. Пределы содержания в концентратах вольфрама 65-50%.

Содержание примесей в углях и угольных концентратах, поступающих на коксование, определяется кондициями, установленными на металлургический кокс. Для большинства донецких коксовых заводов зольность кокса допускается 9-10% и содержание серы - 1,65-1,80%. На заводах Сибири зольность и содержание серы составляют соответственно 11,2 и 0,5%.

В природе почти не встречаются руды с высоким содержанием полезного компонента. Так, железные руды часто содержат не более 30-35% железа, марганцевые руды - 18 - 25% марганца; многие медные руды содержат от 1 до 2% меди, оловянные - не более 1% олова. Основная масса этих руд представлена породами, частичное удаление которых способствует повышению содержания металла до степени, удовлетворяющей требованиям металлургической промышленности.

Результаты подсчета добычи по геолого-маркшейдерским данным заносятся в специальных журнал, который ведется по каждому горизонту и карьеру в целом. Учет добычи, кроме того, ведется на планах горных работ по данным геологической и маркшейдерской служб.

Каждое горное предприятие по состоянию на первой число начала года, полугодия, квартала и, в отдельных случаях, месяца осуществляет систематический балансовый учет движения запасов разрабатываемого месторождения. Учет движения запасов осуществляется по специальным формам, которые подписываются главным инженером, главным маркшейдером и главным геологом предприятия. На них же возлагается и полная ответственность за правильный учет запасов в недрах. Баланс полезного ископаемого и металла выражается соответственно уравнениями:

Qд = Qб - П + В,

Qд б д = Qб бб - Пбб + Вбв,

Где Q д - количество добытого полезного ископаемого, m (м3);

Qб - балансовые запасы полезного ископаемого в недрах, m (м3);

П - потери полезного ископаемого, m (м3);

В - количество пустой породы, извлеченной совместно с полезными ископаемыми, m (м3);

бб - средневзвешенное содержание полезного компонента в массиве, %;

бд - средневзвешенное содержание полезного компонента в добытом полезном ископаемом, %;

бв - средневзвешенное содержание полезного компонента в разубоживающих породах, %.

Величина эксплуатационных потерь полезного компонента определяется по формуле

При отсутствии полезного компонента в разубоживающей породе (бв=0) выражение (Х,3) примет вид:

Коэффициент извлечения запасов в долях единицы представляет отношение количества извлеченного полезного компонента к его запасам в недрах, т. е.

з=

Величина разубоживания полезного ископаемого определяется по соотношению разубоживающей породы и добытого полезного ископаемого или по содержанию в полезном ископаемом и разубоживающей породе основного компонента.

По количеству разубоживающей породы и добытого полезного ископаемого разубоживание определяется по формуле

По содержанию основного компонента в полезном ископаемом и разубоживающей породе разубоживание определяется по формуле

При условии, что бв = 0 выражение (Х,7) примет вид

В долях единицы коэффициент разубоживания определяется по формуле

с=

Мероприятия по снижению величины потерь и разубоживания полезных ископаемых должны разрабатываться и осуществляться в процессе разведки месторождения, проектирования горных работ, эксплуатации и погашения карьеров. В проектах необходимо предусматривать комплексное извлечение полезных компонентов, обоснованные величины потерь и разубоживания полезного ископаемого на всех стадиях работ и меры борьбы с ними.

Для систематического снижения уровня потерь и разубоживания полезного ископаемого необходимо: детально планировать добычные работы с установлением выхода отдельных его сортов; осуществлять тщательную зачистку кровли и почвы пласта полезного ископаемого, раздельную выемку сложноструктурных пластов и залежей с применением современной техники и технологии добычных работ; оптимизировать технологические процессы добычи и обогащения; по мере развития горных работ маркшейдерской и геологической службам осуществлять систематический учет потерь и разубоживания.

2. Усреднение качества полезных ископаемых

Под усреднением следует понимать смешивание в рациональных соотношениях однотипных по обогатимости полезных ископаемых с разным процентным содержанием полезного компонента для получения исходного сырья заданного качества, на обогащение которого настроена обогатительная фабрика.

Основной принцип усреднения качества полезных ископаемых заключается в выполнении комплекса организационно - технических мероприятий по планомерной и наиболее эффективной разработке месторождения. Планируемое систематическое усреднение предусматривает: наиболее рациональное использование промышленных запасов отдельных разновидностей и в целом всех полезных ископаемых; выполнение плановых заданий по качеству и выходу требуемых типов и сортов сырья; улучшение технико-экономических показателей процесса обогащения и получение сырья с постоянными свойствами.

При выполнении организационного - технических мероприятий по эффективному усреднению качества исходного сырья ведущее значение приобретает геолого-маркшейдерская служба карьеров, которая должна своевременно снабжать технологов эксплуатационников исходными данными и соответствующей документацией, планировать горные работы и контролировать качество разрабатываемых руд. Геологическая документация добычных забоев должна включать элементы дислокаций руд, контакты между различными их типами, вещественный состав, физико-механические свойства руд (крепость, трещиноватость и сортность руды по соответствующей классификации). Степень усреднения может быть оценена коэффициентом kу=(у0-у):у (где у0 и у - среднеквадратическое отклонение качества ископаемого и после усреднения) и коэффициентом уменьшения среднеквадратического отклонения kу=у0:у.

Усреднение качества исходного сырья можно классифицировать по: месту производства усреднения; способу усреднения; применяемой механизации при загрузке усреднительных установое.

Место производства усреднения качества полезного ископаемого может быть: внутрикарьерное; на поверхности (в зоне карьера); на обогатительных фабриках; на металлургических заводах.

По способам усреднения следует различать: усреднение в процессе добычи сырья (внутризабойное); усреднение в бункерах (на карьере, фабрике и металлургическом заводе); усреднение на рудных складах.

Механизация процесса усреднения качества сырья при создании складов может осуществляться: экскаваторами (механическими лопатами, драглайнами) и бульдозерами в сочетании с различными видами транспорта; грейферными кранами; консольными отвалообразовательями; разгрузочными тележками; автосамосвалами и скреперами.

Усреднение качества полезного ископаемого может осуществляться как поставщиком (карьерами), так и потребителями исходного сырья (обогатительными фабриками и металлургическими заводами).

Выбор способа усреднения предопределяют следующие факторы: величина и характер колебаний качества сырья; требования обогатительных фабрик и металлургических заводов к качеству полезного ископаемого; производственная мощность поставщиков (карьеров) и потребителей сырья (обогатительных фабрик и металлургических заводов); технология и механизация усреднения.

Ниже приведена краткая характеристика и основные показатели различных методов усреднения внутри карьера, на поверхности его или на фабрике.

Усреднение в процессе добычи и транспортирования полезных ископаемых от забоя до места потребления происходит вследствие перемещения отдельных его слоев при применении массовых взрывов, при погрузке рудной массы экскаваторами, а также при всех перегрузках полезного ископаемого на пути его следования до потребителя. Такое усреднение является стихийным и не поддается какому-либо планированию или управлению. Однако и в этот метод можно внести некоторую долю плановости.

На основании предварительного опробования сырья в недрах планируется развитие горных работ и составляется план-график, в котором детально прорабатываются решения по объемам производства и перемещениям экскаваторов в забоях. Усреднение заключается в раздельной (селективной) выемке различных сортов сырья и их доставке в определенных соотношениях на усреднительно-накопительные склады или обогатительные фабрики. При этом забои не могут работать на полную мощность, так как для усреднения качества по карьеру производительность каждого забоя планируется и определяется не производительностью добычного горнотранспортного оборудования, а возможность выдать такое количество сырья, которое необходимо для получения требуемого качества. Это связано с простоями механизмов, неполной их загрузкой и снижением производительности труда.

Регулирование качества добываемого полезного ископаемого можно осуществлять путем изменения: параметров добычного забоя (высоты уступа, ширины заходки и длины фронта работ); числа добычных забоев, находящихся в работе; направления и способа перемещения фронта работ.

Такое планирование и управление добычными работами обеспечивает некоторое сглаживание амплитуды колебания качества исходного сырья и имеют только вспомогательное значение.

Усреднение в бункерах. Бункерами принято называть емкости (хранилища), предназначенные для накопления и хранения, разделения и усреднения, а также для перегрузки полезного ископаемого из одного вида транспорта в другой. Различают бункера с расположением хранилища над транспортными сосудами (железнодорожными, автосамосвалами и т. п.) с перегрузкой полезного ископаемого под действием силы тяжести, а также с расположением хранилища на уровне земли или ниже с перегрузкой полезного ископаемого конвейерами (рис. 222). В зависимости от расположения по отношению к железнодорожным путям различают продольные, поперечные и смешанные бункера.

Углы наклона днищ погрузочных бункеров принимают обычно на 2-30 больше угла трения горной массы по материалу дна бункера в состоянии покоя. Выпускные люки бункеров устраивают размером не менее 3-4 кратного размера наибольшего куска. Усреднение качества полезного ископаемого в бункерах карьеров, обогатительных фабрик и металлургических заводов заключается в перемешивании сырья в процессе послойного заполнения и разгрузки бункеров. Эффективное усреднение качества сырья в бункерах достигается при наличии больших объемов усреднительных бункеров; при непрерывном и равномерном движении загрузочного транспорта; при условии, что разгрузка бункеров не должна осуществляться до полной их загрузки, а загрузки не должна начинаться до полного опорожнения бункера.

Число бункеров обуславливается типо-сортностью исходного сырья; для каждого типо-сорта необходимо иметь не менее двух бункеров, один из которых находится в стадии заполнения, другой - в стадии разгрузки. Для усреднения качества руды, поступающей из различных забое (карьеров), ее загружают во все ячейки бункера тонкими горизонтальными слоями челноковым конвейером. Усреднение качества достигается тем, что погрузка в транспортные средства производится через люки, расположенные в нижней части бункера, причем поступление полезного ископаемого в люки происходит более или менее равномерно из всех слоев по высоте. Недостатком способа усреднения качества полезного ископаемого в бункерах является малая величина партии усредненной руды. Достаточно равномерное качество руды в пределах одной партии, равной емкости бункера, может отличаться от качества сырья других партий. Другой недостаток обычных бункерных установок заключается в периодичности их работы.

На рис. 223 показана конструкция бункера для усреднения качества полезного ископаемого путем непрерывной загрузки и разгрузки. При этом челноковый конвейер загружает отдельными порциями полезное ископаемое в одну группу бункеров, а из другой - производится разгрузка усредненной руды в транспортные средства.

Для механизации и ускорения процесса погрузки под отверстиями бункеров устанавливают питатели, подающие груз на конвейер с погрузочной подъемной стрелой или с наклонным желобом, по которому поток полезного ископаемого поступает в железнодорожные думпкары (вагоны).

На рис. 224 показана конструкции непрерывно действующего бункера. У этого бункера выпускное отверстие представляет собой щель, покрытую планками 4, под которой находится передвижной питатель 5. Загрузка производится периодически передвигающейся сбрасывающей тележкой 3 диагональными слоями. Разгрузка бункера осуществляется питателем 5 также диагональными слоями, проходящими под углом 900 к слоям укладки. По мере передвижения питателя 5 передвигается и разгрузочная тележка 3. При этом в бункере одновременно находится загружаемая 1 и разгружаемая 2 части руды.

На Магнитогорском руднике в бункерах обогатительных фабрик усредняют: мартеновскую руду размером 75-25 мм после грохочения богатой руды окисленной зоны; мартеновскую руду размером 100-40 мм после грохочения обогащенного концентрата; промпродукт размером 16-3 мм после промывки бедных окисленных руд перед его обогащением. Среднесуточные анализы железа в мартеновской руде при этом колеблются в пределах ±1,5-2,0%, причем в эти пределы укладывается 85-95% всех суточных анализов. Число повагонных анализов, укладывающихся в интервал колебаний ±1,5% среднесуточного, при усреднении в бункерах на Криворожских ГОКах изменяется от 90 до 97%.

Усреднение в бункерах при послойном их заполнении является действенным методом усреднения качества сырья. Полезное ископаемое в одновременно загружаемых ячейках бункеров имеет достаточно постоянное качество. Объем бункеров обычно не превышает 0,5-0,6 тыс. m в карьере и несколько тысяч тонн на фабрике. Накопление в бункерах больших партий руды однородного качества требует строительства емких бункеров и значительных капиталовложений. Поэтому метод усреднения в бункерах является эффективным только в ограниченных масштабах.

Усреднение на складах. Рудные склады предназначаются для разделения разнотипных и усреднения однотипных по обогатимости полезных ископаемых, а также для накопления, хранения и перегрузки полезного ископаемого из одного вида транспорта в другой. Наиболее характерными складами полезного ископаемого являются склады эстакадного, безэстакадного и отвального типов.

Число штабелей в рудоусреднительной установке зависит от необходимо количества сырья, подлежащего складированию, и количества типо-сортов полезного ископаемого. Для каждого типа полезного ископаемого необходимо иметь не менее двух штабелей, из которых один находится в процессе формирования, а другой - в процессе разгрузки.

Конструктивно эстакадные склады (рис.225, 226) представляют собой конвейерные галереи, опирающиеся на цилиндрические железобетонные башни (колонны), делящие склады на пролеты длиной 40-50 м. Вдоль склада с обеих сторон на соответствующем расстоянии от его оси располагаются железнодорожные пути или конвейерная магистраль. В галерее каждого склада помещают ленточный конвейер, вдоль которого непрерывно и реверсивно движется с заданной скоростью ( 0,1- 0,3 м/ сек) разгрузочная тележка с двусторонними течками, рассыпающая полезное ископаемое слоями в штабель треугольного сечения. Количество слоев в штабеле высотой 15-20 м достигает 700- 1000 и более; емкость штабеля 40- 50 тыс. т.

Отличительной особенностью таких складов является неоднородность сырья по качеству и крупности в различных точках поперечного сечения. К подошве штабеля откладываются более крупные фракции, а в средних зонах располагаются более мелкие

Технология усреднения в эстакадном складе состоит в правильной укладке полезного ископаемого наклонными слоями и в организованной его отгрузке из заполненного штабеля.

Эффективность усреднения нарушается явлениями сегрегации при заполнении штабеля. Отрицательное влияние сегрегации может компенсироваться определенной системой отгрузки из штабеля, предусматривающей чередование работы экскаватора в различных его зонах.

Принцип усреднения на без эстакадных рудоусреднительных складах аналогичен усреднению на эстакадных складах. Склады представлены рядом хребтовых штабелей, укладка руды в которые производится несколькими сотнями тонких слоев, располагаемых вдоль оси штабеля, одно- или двух- консольными отвалообразовательями, а разгрузка штабеля осуществляется вразрез этих слоев. На рис. 227 показана схема без эстакадного усреднительного рудного склада.

Руду из штабеля разгружают по всему сечению тонкими поперечными слоями бороной и погрузчиком, что обеспечивает высокую степень усреднения. От погрузчика полезное ископаемое поступает на конвейер, который доставляет его на обогатительную фабрику или завод.

Борона представляет собой трапециевидную раму, снабженную 400-500 зубьями. Рама шарнирно крепится к тележке и может менять угол установки к горизонту (25-600). С помощью специального механизма рама совершает до 15-20 возвратно-поступательных движений в минуту. Скорость скребкового конвейера составляет 0,3-0,6 м/сек.

Если первым условием эффективности усреднения является получения возможно большего числа слоев в штабеле, то вторым - возможно большая длина штабеля. Длина штабеля, по данным практики, должна быть по меньшей мере в 6 раз больше ширины - это снижает отрицательное влияние на результаты смешивания концевых полуконусов. Число слоев в штабеле определяется в зависимости от колебаний качества сырья, поперечного сечения, средней емкости штабеля и скорости передвижения загрузочной установки.

Наиболее простыми в конструктивном отношении, удобными и эффективными для усреднения являются промежуточные склады отвального типа.

Склад отвального типа в поперечном сечении имеет форму трапеции или параллелограмма. Процесс усреднения на рудных складах отвального типа осуществляется послойной отсыпкой горизонтальными (по площади склада) и наклонными слоями (под откос по высоте склада), а также перелопачиванием полезного ископаемого на складе после его отсыпки. В процессе отгрузки из отвала рабочий орган экскаватора при зачерпывании полезного ископаемого на складе пересекает слои с различным качеством, что также способствует лучшему усреднению.

На рис. 228 показана схема наклоннослоевого рудного склада, образуемого при разгрузке автосамосвалов в направлении, перпендикулярном его продольной оси. Погрузка из склада осуществляется экскаваторами цикличного или непрерывного действия. При погрузке со склада происходит смешивание полезного ископаемого из различных слоев в процессе обрушения, экскавации и погрузки в железнодорожные думпкары. При необходимости руда для лучшего усреднения может перелопачиваться. Склады подобной конструкции широко применяют на карьерах Никопольского марганцеворудного (Богдановский, Шевченковский), Криворожского железорудного бассейнов, на Сарбайском карьере и др. На рис. 229 показана схема формирования и разгрузки наклоннослоевого склада при отсыпке вдоль его оси на полную высоту. При комбинированном (автомобильно-железнодорожном) транспорте склады могут быть оборудованы эстакадой для непосредственной перегрузки полезного ископаемого из автосамосвалов в железнодорожные думпкары (при незначительных колебаниях качества полезного ископаемого) или при отгрузке сырья со складов в средства транспорта экскаваторами (рис. 230).

Приемная способность склада определяется из условия, что

Vc

Где Qг - годовая производственная мощность карьера, м3;

V3 - объем зимних запасов полезного ископаемого по руде, м3;

- коэффициент годового режима добычных работ.

Объем склада определяется по выражению

где Hc - высота склада, м;

d - ширина склада поверху, м;

б - угол естественного откоса сырья в разрыхленном состоянии, град;

i - подъем выездной насыпи, 0/00;

l - протяженность склада поверху, м.

При круговом и петлевом развороте автомашин ширина склада должна быть

d

где ld, Rd - соответственно длина и радиус разворота автосамосвала, м;

A - ширина заходки экскаватора, м.

Задаваясь производственной мощностью

Список использованной литературы

1. Арсентьев А. И. Вскрытие и системы разработки карьерных полей. М., Недра, 1981.

2. Анистратов Ю. И. Технология открытых горных работ. М., Недра, 1984.

3. Килячков А. П. Технология горного производства. М., Недра, 1992.

4. Мельников .Н. В. Краткий справочник по открытым горным работам. М., Недра, 1981.

5. Малышева Н. А., Томаков П. И. и др. Разработка маломощных и сложных угольных пластов открытым способом. М., Недра, 1975.

6. Новожилов М. Г. Технология открытой разработки месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1971.

7. Ржевский В. В.Технология и комплексная механизация открытых горных работ. М., Недра, 1979.

8. Ржевский В. В. Открытые горные работы.-Ч. ЙЙ. Технология открытых горных работ. М., Недра, 1985.

9. Хохряков В.С. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1995.

Размещено на Allbest.ru