Спосіб автоматичного керування процесом збагачення рудних корисних копалин

Реферат: Спосіб автоматичного керування процесом збагачення рудних корисних копалин включає послідовне подрібнення вхідного рудного матеріалу у млині, класифікацію його, згідно з крупністю, у класифікаторі та розподіл класифікованого рудного матеріалу у збагачувальному апараті на збагачену і збіднену складові, послідовне формування потоку еталонної рідини та суспензії рудного матеріалу у технологічній ємності, вплив на потік суспензії ультразвуковими коливаннями, формування високочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, вимірювання їх інтенсивності після проходження фіксованої відстані крізь потік еталонної рідини і суспензії рудного матеріалу, у період впливу на потік ультразвуковими коливаннями та при його відсутності, обчислення співвідношення виміряних величин та регулювання кількості додаткової води, що подається в класифікатор, відповідно до співвідношення виміряних величин. Додатково формують гамма-випромінювання та низькочастотні об'ємні ультразвукові хвилі у потоці суспензії рудного матеріалу, вимірюють інтенсивність гамма-випромінювання та низькочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, що пройшли фіксовану відстань крізь потік еталонної рідини і суспензії рудного матеріалу, у період впливу на потік ультразвуковими коливаннями та при його відсутності, інтенсивність ультразвукових коливань у період їх впливу на потік рудної суспензії змінюють за відповідним законом, а по співвідношенню виміряних величин регулюють кількість вхідного рудного матеріалу та корегують кількість додаткової води, що подають в класифікатор. UA 111390 U (12) UA 111390 U UA 111390 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої галузі промисловості і може бути використана для оптимального керування процесом збагачення рудних корисних копалин зі змінними фізикомеханічними та хіміко-мінералогічними властивостями. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним як прототип, є спосіб автоматичного керування процесом збагачення рудних корисних копалин, що включає послідовне подрібнення вхідного рудного матеріалу у млині, класифікацію його, згідно з крупністю, у класифікаторі та розподіл класифікованого рудного матеріалу у збагачувальному апараті на збагачену і збіднену складові, послідовне формування потоку еталонної рідини та суспензії рудного матеріалу у технологічній ємності, вплив на потік суспензії ультразвуковими коливаннями, формування високочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, вимірювання їх інтенсивності після проходження фіксованої відстані крізь потік еталонної рідини і суспензії рудного матеріалу, у період впливу на потік ультразвуковими коливаннями та при його відсутності, обчислення співвідношення виміряних величин та регулювання кількості додаткової води, що подається в класифікатор, відповідно до співвідношення виміряних величин (Патент України № 27847 на корисну модель). Недоліком відомого способу є те, що інтенсивність хвиль Лява в стінці технологічної ємності, що контактує з потоком суспензії рудного матеріалу, змінюється в залежності від стану металевої плівки на стінці технологічної ємності, яка знаходиться у постійному контакті з абразивним середовищем рудної суспензії. Зношення та стирання металевої плівки призводить до неоднозначності виміряних величин, відповідно до яких визначаються параметри твердої фази рудної суспензії. Тобто відомий спосіб потребує постійного контролю та визначення стану металевої плівки на стінці вимірювальної камери, що в умовах діючого виробництва неможливо. Ця обставина призводить до виникнення погрішності і, як наслідок, зменшення стабільності та достовірності результатів вимірювань. У свою чергу це призводить до низької ефективності класифікації подрібненого рудного матеріалу за крупністю у класифікаторі та розподілу класифікованого рудного матеріалу на збагачену та збіднену складові у збагачувальному апараті і, як наслідок, до погіршення якості одержуваного після збагачення концентрату. Крім цього, ця обставина унеможливлює досягнення оптимальної продуктивності технологічної лінії, тобто одержання максимальної кількості продукту переробки рудного матеріалу заданої якості зі змінними фізико-механічними та хіміко-мінералогічними властивостями. Задачею корисної моделі є удосконалення способу автоматичного керування процесом збагачення рудних корисних копалин за рахунок регулювання процесу подрібнення вхідного рудного матеріалу у млині, згідно з крупністю та класифікацією рудного матеріалу у класифікаторі, згідно з крупністю та густиною часток твердої фази рудної суспензії, регулюванням кількості вхідного рудного матеріалу та подачею у злив класифікатора додаткової кількості води в залежності від ступеня розкриття корисного компонента, який визначається його розподілом у частках відповідної крупності твердої фази рудної суспензії у технологічній ємності. Визначення цього параметра проводиться на базі інформації про характеристики процесу розповсюдження гамма-випромінювання, низькочастотних та високочастотних об'ємних ультразвукових хвиль в потоці рудного матеріалу у період впливу на потік ультразвуковими коливаннями змінної інтенсивності та при його відсутності. Це дозволяє отримати оптимальні показники технологічного процесу - зазначений вміст корисного компонента у концентраті при максимальній продуктивності технологічної лінії тобто кількості перероблюваної руди. Технічний результат від використання корисної моделі полягає у підвищенні ефективності автоматичного керування процесом збагачення рудних корисних копалин. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб автоматичного керування процесом збагачення рудних корисних копалин, що включає послідовне подрібнення вхідного рудного матеріалу у млині, класифікацію його, згідно з крупністю у класифікаторі, та розподіл класифікованого рудного матеріалу у збагачувальному апараті на збагачену і збіднену складові, послідовне формування потоку еталонної рідини та суспензії рудного матеріалу у технологічній ємності, вплив на потік суспензії ультразвуковими коливаннями, формування високочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, вимірювання їх інтенсивності після проходження фіксованої відстані крізь потік еталонної рідини і суспензії рудного матеріалу, у період впливу на потік ультразвуковими коливаннями та при його відсутності, обчислення співвідношення виміряних величин та регулювання кількості додаткової води, що подається в класифікатор, відповідно до співвідношення виміряних величин. Згідно з корисною моделлю, додатково формують гамма-випромінювання та низькочастотні об'ємні ультразвукові хвилі у потоці суспензії рудного матеріалу, вимірюють інтенсивність гамма-випромінювання та низькочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, що пройшли 1 UA 111390 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 фіксовану відстань крізь потік еталонної рідини і суспензії рудного матеріалу, у період впливу на потік ультразвуковими коливаннями та при його відсутності, інтенсивність ультразвукових коливань у період їх впливу на потік рудної суспензії змінюють за відповідним законом, а по співвідношенню виміряних величин регулюють кількість вхідного рудного матеріалу та корегують кількість додаткової води, що подають в класифікатор. Для підвищення ефективності автоматичного керування процесом збагачення рудних корисних копалин, як технологічна ємність застосовується проміжний технологічний зумпф, з якого класифікований, згідно із крупністю, рудний матеріал із класифікатора подається в збагачувальний апарат. Заявлений спосіб оснований на керуванні процесом подрібнення рудного матеріалу, що направляється до збагачувального апарату у вигляді суспензії, в залежності від ступеня розкриття корисного компонента. Крупність матеріалу, що подається у збагачувальний апарат, визначається двома послідовними операціями: подрібненням у млині та класифікацією його, згідно з крупністю, у класифікаторі. Ці операції спрямовані на повне розкриття включень корисного компонента в суспензії, що подається у збагачувальний апарат. Чим більше рудного матеріалу подається у млин, чим більше густина суспензії на зливі класифікатора, тим більше крупність часток руди, що спрямовується у збагачувальний апарат. Для зменшення їх крупності, тобто для збільшення ступеня подрібнення необхідно відповідно зменшити густину суспензії рудного матеріалу на зливі класифікатора. Слід зазначити, що перездрібнення рудного матеріалу, який спрямовується у збагачувальний апарат, неприпустимо, бо пов'язано з тим, що при цьому ефективність роботи його погіршується. Крім цього перездрібнення супроводжується значними, до того ж невиправданими, енерговитратами. Оптимальний ступінь подрібнення рудного матеріалу визначається повним розкриттям включень корисного компонента без їх перездрібнення. Для управління якістю розділення корисного компонента і пустої породи у збагачувальному апараті вимірюють розподіл корисного компонента у частках відповідної крупності твердої фази рудної суспензії у проміжному технологічному зумпфі, з якого класифікований, згідно із крупністю, рудний матеріал із класифікатора подається в збагачувальний апарат. Спосіб реалізується таким чином. Залізна руда проходить технологічний цикл переробки, який містить послідовне подрібнення вхідного рудного матеріалу у млині і класифікацію його, згідно з крупністю, у класифікаторі. У збагачувальному апараті проводиться розподіл класифікованого рудного матеріалу на збагачену і збіднену складові в залежності від фізико-механічних і хіміко-мінералогічних властивостей часток подрібненого рудного матеріалу. Зазвичай, корисний компонент та пуста порода, з яких складається руда, сильно різняться за своєю густиною. Тому вимірювання вмісту корисного компонента може бути зведено до визначення густини часток твердої фази, що знаходяться в рудній суспензії. Спочатку, у технологічний зумпф подається еталонна рідина, у даному випадку, вода. У технологічному зумпфі формують гамма-випромінювання, яке проходить в ній фіксовану відстань. Отримані результати - величина загасання інтенсивності гамма-випромінювання є еталонними (базовими). У робочому стані у технологічному зумпфі формується потік суспензії рудного матеріалу. Формують гамма-випромінювання, яке проходить фіксовану відстань при наявності у технологічному зумпфі потоку суспензії рудного матеріалу. Коефіцієнт загасання гамма-випромінювання, що пройшло фіксовану відстань у потоці суспензії рудного матеріалу визначається виразом   (1 W )BB  WT  T , 50 (1) де B и  T - масові коефіцієнти загасання води та рудного матеріалу суспензії; B и  T густина води та часток рудного матеріалу суспензії; W - об'ємна доля рудних часток в суспензії. Інтенсивність гамма-випромінювання, яке пройшло в потоці суспензії рудного матеріалу відстань l , можна представити у вигляді I  I0 exp(1  W )BB  WТ  Т l , (2) 55 де I0 - інтенсивність гамма-випромінювання при відсутності суспензії рудного матеріалу у технологічному зумпфі. 2 UA 111390 U Якщо у технологічному зумпфі знаходиться вода, тоді інтенсивність гамма-випромінювання буде визначатися за формулою I*  I0 exp( BBl) , 5 З урахуванням формул (3.49) та (3.50), інтенсивність гамма-випромінювання можна представити у вигляді I  I * expWТ  Т  BB l, 10 20 I*  AW[( Т  Т  B  B )l], I (5) де A - коефіцієнт пропорційності. З цього виразу видно, що густина контрольованого середовища, яка залежить від концентрації твердої фази рудної суспензії та густини її часток, визначається логарифмом відношення інтенсивності гамма-випромінювання при наявності потоку води і рудної суспензії у технологічному зумпфі. Аналогічно визначається величина S1 для високочастотних та S 2 для низькочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, що пройшли фіксовану відстань крізь потік води і рудної суспензії. Відповідно величина S1 визначається виразом S1  In 25 (4) Ця величина не залежить від розміру часток твердої фази, тобто рудного матеріалу суспензії, і визначається тільки концентрацією твердої фази суспензії та густиною її часток. Згідно із запропонованим способом, для гамма-випромінювання формується величина S r S   In 15 (3) об IВ1  I1( z )  , (6) де Iоб - інтенсивність високочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, що пройшли В1 фіксовану відстань z крізь потік води;  I1( z)  - інтенсивність високочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, що пройшли фіксовану відстань z крізь потік рудної суспензії. Тобто величина S1 визначається логарифмом відношення інтенсивності високочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, що пройшли фіксовану відстань z крізь потік води і рудної суспензії. При цьому 30  Wz rm  об  I1( z)  IВ1 exp   (1,r )F(r )dr  , (7)    0   де   35 rm 4r 3  3 F(r )dr;F(r ) - функція розподілу часток твердої фази в рудній суспензії по 0 розміру r ; rm - максимальний розмір часток твердої фази в рудній суспензії; (1,r ) - переріз погашення високочастотних об'ємних ультразвукових хвиль частотою  на частці розміром r . Величина (, r ) для будь-якої частоти об'ємних ультразвукових хвиль визначається сумою перерізів поглинання s (,r ) та розсіяння c (,r ) ультразвуку (,r )  c (,r )  s (,r ) , 40 (8) У високочастотній області (1  5  10 6 Гц ) загасання ультразвуку обумовлено, в основному, розсіянням ультразвукових хвиль на частках твердої фази: (1,r )  c (1,r ) . Тому сформований на частоті 1  5  10 6 Гц сигнал буде визначатися розміром і концентрацією 3 UA 111390 U часток твердої фази рудної суспензії. Так величина S1 залежить від крупності часток твердої фази рудної суспензії та її концентрації W S1  5 У r Wz m  (1, r )F(r )dr ,  0 низькочастотній (9) області ( 2  5  10 6 Гц ) загасання ультразвуку обумовлено в'язкоінерційними ефектами: ( 2 , r )  c ( 2 ,r ) . Тому сформований на частоті  2  5  10 6 Гц сигнал буде пропорційним концентрації твердої фази рудної суспензії і не залежить від розміру її часток. Відповідно величина S 2 визначається виразом 10 S 2  In 15 об IВ2  I 2 ( z )  , (10) де Iоб - інтенсивність низькочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, що пройшли В2 фіксовану відстань z крізь потік води;  I2 ( z)  - інтенсивність низькочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, що пройшли фіксовану відстань z крізь потік рудної суспензії. Тобто величина S 2 визначається логарифмом відношення інтенсивності низькочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, що пройшли фіксовану відстань z крізь потік води і рудної суспензії. При цьому  Wz rm  об  I2 (z)  IВ2 exp   ( 2 ,r )F(r )dr  ,    0   20 (11) де ( 2 ,r ) - переріз погашення низькочастотних об'ємних ультразвукових хвиль частотою v2 на частці розміром r . Таким чином величина S 2 залежить від концентрації W твердої фази рудної суспензії і не залежить від крупності її часток: S2  r Wz m  ( 2 , r )F(r )dr ,  0 (12) 25 Поділивши (6) на (10), можна отримати величину S , що залежить тільки від крупності часток рудної суспензії: S 30 35 40 S1 , S2 (13) Величина S обумовлена тільки крупністю часток твердої фази рудної суспензії, не залежить від її концентрації, і визначається часткою від ділення логарифму відношення інтенсивності високочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, що пройшли фіксовану відстань крізь потік води і рудної суспензії, на логарифм відношення інтенсивності низькочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, що пройшли фіксовану відстань крізь потік води і рудної суспензії. Зазвичай, корисний компонент та пуста порода, з яких складається руда, сильно різняться за своєю питомою вагою. Тому вимірювання вмісту корисного компонента може бути зведено до визначення питомої ваги (густини) часток твердої фази, що знаходяться в рудній суспензії. Періодично на потік суспензії збагаченого матеріалу у той частині технологічного зумпфа, де визначається величина S , впливають ультразвуковими коливаннями великої інтенсивності. Внаслідок радіаційного тиску та акустичних течій, що при цьому виникають, має місце зміщення часток твердої фази рудної суспензії від траєкторії їх нормального руху в потоці у напрямку впливу ультразвукових коливань великої інтенсивності. 4 UA 111390 U 5 10 Зміщення часток твердої фази рудної суспензії призводить до їх перерозподілу по розміру та концентрації в зоні впливу ультразвукових коливань великої інтенсивності. Величина цього перерозподілу для часток однакової крупності визначається тільки мінеральним складом (співвідношенням корисного компонента і пустої породи) та питомою вагою (густиною) кожної складової. Для часток твердої фази одного розміру, які подрібнені до крупності включень корисного компонента, величина зміщення пропорційна тільки їх питомій вазі. Отже, величина зміни параметра S під впливом ультразвукових коливань великої інтенсивності залежить від вмісту корисного компонента у частках твердої фазі рудної суспензії різної крупності. Згідно із запропонованим способом, обчислюється величина S r , яка визначає розподіл часток твердої фази рудної суспензії за крупністю S  S0 , Sr  k 1 B SB 15 20 де SB - виміряна величина S при наявності впливу ультразвукових коливань великої інтенсивності; S 0 - виміряна величина S при відсутності впливу ультразвукових коливань великої інтенсивності; k 1 - коефіцієнт пропорційності. Для отримання сигналу, який залежить від вмісту корисного компонента у частках твердої фази рудної суспензії відповідної крупності, тобто розкриття корисного компонента, обчислюється співвідношення SK SK  k 2 25 30 35 40 45 50 (14) Sr , Sr (15) При збільшенні інтенсивності ультразвукових коливань від нуля до певного значення і постійної швидкості потоку рудної суспензії в зону вимірювань можуть бути зміщені всі або тільки деякі класи крупності подрібненого матеріалу, тобто частки твердої фази визначеного розміру. r2 rm  r1  rm F(r )    f (r )r 3 dr   f (r )r 3 dr  ...   f (r )r 3 dr   f (r )r 3 dr .   r1 rm1 0  0 Таким чином, величина SK , яка обчислюється при певній інтенсивності ультразвукових коливань у потоці рудної суспензії, визначає густину часток твердої фази або концентрацію корисного компонента у частках твердої фази рудної суспензії відповідного розміру. В залежності від обчисленої величини SK корегують кількість додаткової води, що подають у класифікатор, змінюючи тим самим ступінь розкриття корисного компонента у рудному матеріалі, який подається у збагачувальний апарат. Це забезпечує зазначений вміст корисного компонента у концентраті, тобто якість одержуваного після збагачення кінцевого продукту. Кількість вхідного рудного матеріалу, який подається у млин, послідовно збільшують до тих пір, поки забезпечується встановлене значення величини SK . Таким чином забезпечується максимальна продуктивність технологічної лінії із зазначеним вмістом корисного компонента у концентраті. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб автоматичного керування процесом збагачення рудних корисних копалин, що включає послідовне подрібнення вхідного рудного матеріалу у млині, класифікацію його, згідно з крупністю, у класифікаторі та розподіл класифікованого рудного матеріалу у збагачувальному апараті на збагачену і збіднену складові, послідовне формування потоку еталонної рідини та суспензії рудного матеріалу у технологічній ємності, вплив на потік суспензії ультразвуковими коливаннями, формування високочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, вимірювання їх інтенсивності після проходження фіксованої відстані крізь потік еталонної рідини і суспензії рудного матеріалу, у період впливу на потік ультразвуковими коливаннями та при його відсутності, обчислення співвідношення виміряних величин та регулювання кількості додаткової води, що подається в класифікатор, відповідно до співвідношення виміряних величин, який 5 UA 111390 U 5 10 відрізняється тим, що додатково формують гамма-випромінювання та низькочастотні об'ємні ультразвукові хвилі у потоці суспензії рудного матеріалу, вимірюють інтенсивність гаммавипромінювання та низькочастотних об'ємних ультразвукових хвиль, що пройшли фіксовану відстань крізь потік еталонної рідини і суспензії рудного матеріалу, у період впливу на потік ультразвуковими коливаннями та при його відсутності, інтенсивність ультразвукових коливань у період їх впливу на потік рудної суспензії змінюють за відповідним законом, а по співвідношенню виміряних величин регулюють кількість вхідного рудного матеріалу та корегують кількість додаткової води, що подають в класифікатор. 2. Спосіб автоматичного керування процесом збагачення рудних корисних копалин за п. 1, який відрізняється тим, що як технологічна ємність застосовується проміжний технологічний зумпф, з якого класифікований, згідно із крупністю, рудний матеріал із класифікатора подається в збагачувальний апарат. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6