СПОСОБ ТИПИЗАЦИИ РУДНОГО СЫРЬЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ К ОБОГАЩЕНИЮ Российский патент 2015 года по МПК B03B9/00 G01V9/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к области типизации горнорудного сырья на стадиях его измельчения и дробления перед обогащением.

В условиях рыночной экономики типизация руд является одним из прогрессивных направлений снижения затрат на производство качественных рудных концентратов. Типизация по сортам представляет собой сложную проблему проведения опережающих анализов глубоких технологических и морфологических анализов исходного рудного сырья, требующего отбора пробы из потока руды, поступающего на обогащение. Отнесение или подготовка поступающего на обогащение рудного сырья к какому-либо типу или сорту позволяет выбрать рациональный реагентный режим процесса обогащения (флотации и т.д.), обеспечивающий производство качественных рудных концентратов при минимальных материальных и энергетических затратах.

Как отмечают ученые, специалисты (академик РАН Чантурия В.А. и профессор Башлыкова Т.В.), достоверность оценки обогатимости руды в значительной степени зависит от полноты изучения ее вещественного состава и точного определения ее технологически значимых параметров. К таким параметрам относятся минеральный и химический состав руды, текстурно-структурные и морфологические характеристики, физико-химические и поверхностные свойства минералов. При этом следует особо отметить, что последние - это наиболее динамичные показатели, изменяющиеся в широких пределах.

Известно также, что достоверная количественная оценка структурно-фазовых характеристик минерального сырья для раннего прогноза по обогатимости может быть сделана только на большом статистическом материале (до сотни, тысячи зерен) поступающей руды. Процессы типизации исходного сырья позволяют с опережением получить достоверную информацию о качественных показателях руды и выбрать рациональные режимы обогащения.

Большинство технологически значимых параметров определяют при помощи комплексных прямых и косвенных методов аналитической технологической минералогии: валовых элементных и химических анализов, оптического и рентгенофазового, радиомикрозондового анализов, а при изучении поверхностных характеристик - оптико-спектроскопическими методами.

Однако актуальная задача реализации упрощения и уменьшения количества операций, объемов работ по отбору проб, их подготовке и анализу, а также сокращения необходимого по времени опережения результатов анализа может быть решена за счет упрощения и автоматизации операций по типизации поступающих на обогащение руд.

Создание предлагаемого изобретения направлено на решение указанной актуальной задачи типизации руд в процессах дробления и классификации поступающих на обогащение руд.

Известен способ, аналогичный заявляемому, основанный на последовательной выемке горной массы (ГМ) с раздельным извлечением разнокачественных порций одноковшовым экскаватором (а.с. СССР 1631175 A1), МКИ: E21C 41/26, Бюлл. изобр. №8 от 28.02.1991). Изобретение осуществляется способом селективной выемки полезных ископаемых, включающим последовательную выемку горной массы с раздельным извлечением разнокачественных порций руды одноковшовым экскаватором и контроль качества горной массы с помощью установленных на ковше экскаватора датчиков, т.е. по существу по количеству разнящихся по качественным показателям (магнитным и др.) создают типы отгружаемых руд в объемах транспортных средств.

Известен также способ селективной выемки рудных полезных ископаемых по а.с. 1133400 A, МПК: E21C 41/00, опубликованный 07.01.1985 г. На основе этого изобретения тоже можно производить типизацию добываемой руды. Этот способ включает последовательную порционную выемку горной массы с раздельным извлечением разнокачественных порций одноковшовым экскаватором путем внедрения его ковша в забой и последующий контроль за качеством горной массы, с помощью установленных на ковше датчиков проводят опережающее опробование качества горной массы каждой порции черпания перед ковшом экскаватора, затем проводят корректировку положения указанного ковша, при этом контроль за качеством горной массы в процессе внедрения ковша ведут непрерывно, а в процессе извлечения горной массы проводят повторную корректировку положения ковша экскаватора в зоне выемки ГМ.

Общим недостатком для всех известных аналогов заявляемого технического решения является то, что процесс типизации осуществляется периодически для каждого типа руды, при этом:

- числом установленных датчиков ограничено количество параметров контроля, т.е. информация о показателях качества руды ограничена, это может привести к невыполнению задач типизации, т.е. невозможности оптимизации процесса подготовки и обогащения добываемого сырья по многокритериальным функциям;

- многократное усреднение контролируемых параметров в процессах загрузки добываемого сырья в транспортные средства и при разгрузке и формировании штабеля на усреднительном складе, а также при проведении других операций по подготовке сырья к обогащению приводят к росту ошибки контролируемых параметров при оценке сортности или типа руды;

- указанные недостатки обуславливают сложность проверки вычислительных процессов и средств компьютерной автоматики (блоков памяти, управления и т.д.), что снижает эффективность использования типизации подготовленного к обогащению рудного сырья;

- с помощью приведенных аналогов практически затруднена типизация руды при поступлении ее из различных месторождений или от поставщиков, а также появляются проблемы по обеспечению достоверности качественных показателей исходных руд к обогащению.

Известна также система оперативного контроля магнетитового железа в конвейерных потоках комплекса механизированной рудоразборки типа СКРП-КММР (разработка ООО «УралРудоАвтоматика», описание приведено на сайте этого предприятия www.uralrudoavtomatika.ru). Это техническое решение принято за прототип. Способ типизации руд, реализованный в система СКРП, предназначен для оперативного контроля массовой доли магнетитового железа, а также (при наличии устойчивой корреляционной связи между содержанием магнетитового железа и общего железа) массовой доли железа в дробленой руде на конвейерах комплекса для производства механизированной магнитной рудоразборки.

Недостатки этого способа:

- трудность реализации принципов типизации любого рудного сырья, поступающего из разных месторождений на обогащение;

- этот способ не может формировать с опережением типизацию руд, поступающих на обогащение, т.е. не позволяет эффективно решать оптимизационную задачу по нескольким критериям. Этот недостаток особенно усугубляется при производстве рудных концентратов из рудного сырья, поступающих из разных месторождений и поставщиков.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является изобретение по патенту №2165632 от 20.04.2001 г. на «Способ оценки технологических свойств и обогатимости минерального сырья». Это решение принято за прототип.

Недостаток прототипа состоит в том, что его функция ограничивается возможностью ускоренного проведения исследований по оценке проб рудного или минерального сырья на технологичность или обогатимость минерального сырья, включает выполнение более 30-ти операций и методик по определению прогнозных технологических показателей отдельно взятой пробы из потока, со склада или из месторождения. При этом, безусловно, приведенная погрешность может принять неприемлемые значения. Кроме того, прототип в реализации и эксплуатации сложен, а также затруднена своевременная корректировка результатов при непрерывной типизации минерального сырья или руд в действующих производствах подготовки сырья к обогащению с непрерывной оптимизацией режимов. Кроме того, прототип не сможет в темпе изменения свойств сырья обеспечить оптимизацию его обогащения, т.к. длительность оценки ситуации очень велика - многократно превышает реальную величину возможных изменений состава и свойств сырья.

Цель предлагаемого изобретения - обеспечение конструктивной простоты реализации способа, расширения функциональных возможностей с достаточной точностью и идентифицируемости результатов типизации непрерывно или с заданной частотой поступающего минерального сырья на подготовку к обогащению.

Сущность заявленного технического решения

По заявляемому способу типизации рудного сырья при подготовке к обогащению одновременно измеряют химический, минеральный и гранулометрический состав руды исходной крупности и гранулометрический состав продукта дробленого или измельченного до крупности максимальной степени раскрытия ценных компонентов и распределения сростков минералов. Оценивают структурно-фазовые характеристики минерального сырья, определяют физические свойства минералов (например, магнитные) и прогнозных технологических показателей. До начала типизации поступающих на участок подготовки руд из потока сначала берут одноразовую пробу на контроль соответствия паспортным данным транспортируемой руды путем автоматического имидж-анализа изображений этой пробы, по всем характеристикам паспортных данных поступившей партии руды, подвергают их качественные и количественные показатели кластеризации и оцифровке или кодированию, затем вводят эти кластеры в ассоциативную базу данных компьютера, далее фото- и видеообъективом получают в реальном времени изображения раскрытых частиц поступающих видов руды и с использованием известных алгоритмов определяют размер (метрику) каждой частицы S (кв. мкм), длину H (мкм), ширину N (мкм), периметр P (мкм), а также измеряют метрические параметры каждого элемента из выделенных на изображении частиц, проводят весовой, дифференциальный, интегральный и корреляционный анализы любых из значений любого количества выделенных изображений минеральных элементов в частицах, находящихся под контролирующим объективом, затем для их совокупности в качестве базовых принимают соответствующие средние (S_cp, H_cp, N_cp, P_cp), минимальные (S_min, H_min, N_min, P_min) и максимальные (S_max, H_max, N_max, P_max) значения, а морфологические параметры выделенных химических элементов (зерен) на изображениях частиц - удлиненность U=H/N и фактор формы C=4πS/P₂, с использованием специального программного обеспечения автоматически вычисляют по значениям принятых базовых метрических параметров, полученные результаты сопоставляют с характеристиками типовых руд, имеющимися в ассоциативной базе данных компьютера, и по наиболее близко совпадающим технологическим характеристикам, сравниваемым с эталонными и текущими значениями базовых метрик частиц, - присваивают руде один из наиболее близких типов руды в кластере данных.

Технические результаты по п. 1 (формулы изобретения)

Совокупность заявляемых операций и последовательность их выполнения, включая идентификацию результатов паспортных данных или химических анализов с результатами имидж-анализа изображений в начале процесса типизации руд, затем непрерывный поиск и сравнение базовых характеристик типизируемого сырья с текущими характеристиками поступающего сырья уменьшили число операций с 20-ти (для примера) до 4-5-ти операций, - упрощает реализацию способа и повышает точность определения метрик до требуемых средних или точность лабораторных исследований.

Кроме того, способ типизации рудного сырья при подготовке к обогащению, результаты имидж-анализа изображений частиц минералов корректируют посредством одного из известных методов оценки текущих значений метрических параметров частиц под объективом в пределах максимального и минимального их базовых значений или подвергают тестированию результаты имидж-анализа изображений прямыми измерениями характерных параметров известными очень дорогими, но точными автоматическими приборами, например комплексным прибором по патенту РФ №2373527 от 23.04.2008 г. (VGR G01/№27/001).

Технический результат такого тестирования - обеспечение (поддержание) заданной точности типизации недорогой ценой, т.к. тестирующий прибор может обслуживать десятки систем мониторинга и оценки производственных ситуаций.

А также дополнительно предлагается способ типизации рудного сырья при подготовке к обогащению, заключающийся в том, что тип поступающих на обогащение руд определяют с частотой, превышающей частоту динамического изменения химических и структурно-технологических и/или структурно-фазовых характеристик поступающего на обогащение минерального сырья.

Численные значения частоты типизации сырья при подготовке к обогащению устанавливают или адаптируют путем конкретного учета динамики изменения характеристик подготавливаемой руды к обогащению. Это играет особую роль при опережающем согласовании выбора многокритериальных оптимальных или рациональных режимов обогащения непрерывно поступающего сырья. В связи с этим в настоящее время появился относительно новый термин «идентификатор-наблюдатель» за изменяющимися производственными ситуациями.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при формировании сортов исходного рудного сырья, поступающего на обогащение. Цель - повышение производительности технологической линии обогащения, качества продуктов обогащения и снижение энергетических расходов и реактивов обогащения, а также расширение функциональных возможностей способа типизации руд различного состава и при одновременном упрощении реализации способа. Способ базируется на опережающем непрерывном комплексном автоматическом контроле минералогического и вещественного состава исходных руд и логически обоснованной частоте типизации поступающей по транспортерной ленте рудного сырья. Сочетание видеоимидж-анализа, базы данных для эталонных типов руд, заданных экспертами и оцифрованных данных прямого контроля фотовидеорадиологическими и передвижными рентгенофлуоресцентными приборами и последовательности операции по процессу типизации руд при сравнительной оценке контролируемых параметров поступающих на обогащение руд обеспечивают выполнение отмеченных целей и удовлетворительную точность типизации. Существенно повышается также эффективность реализации заявленного способа при использовании интеллектуальной САУ с ассоциативной памятью или идентификатором-наблюдателем за изменяющимися ситуациями с использованием кластеров эталона характеристик руд, коррелирующих со свойствами обогащаемых видов сырья. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ типизации рудного сырья при подготовке к обогащению, включающий одновременное измерение химического, минерального и гранулометрического состава руды исходной крупности и гранулометрического состава продукта дробления, дробленого или измельченного до крупности максимальной степени раскрытия ценных компонентов, оценку структурно-фазовых характеристик минерального сырья, определение физических свойств минералов и прогнозных технологических показателей, отличающийся тем, что до начала типизации поступающих на участок подготовки к обогащению руд, в соответствии с паспортными характеристиками транспортируемой руды, путем автоматического имидж-анализа изображений одноразово отобранных проб, соответствию паспортным данным поступившей партии руды подвергают их качественные и количественные показатели кластеризации и оцифровке или кодированию и вводят кластеры в ассоциативную базу данных компьютера, затем фото- и видеообъективом получают в реальном времени изображения частиц поступающих видов руды, с использованием известных алгоритмов определяют площадь S (кв. мкм), длину H (мкм), ширину N (мкм), периметр P (мкм) каждой раскрытой дроблением частицы и известными методами измеряют метрические параметры для каждого химического элемента из выделенных на изображении частиц, проводят весовой, дифференциальный, интегральный и корреляционный анализы любых из значений параметров любого количества выделенных изображений минеральных элементов частиц под объективом, затем для их совокупности в качестве базовых принимают соответствующие средние (S_cp, H_cp, N_cp, P_cp), минимальные (S_min, H_min, N_min, P_min) и максимальные (S_max, H_max, N_max, P_max) значения, а морфологические параметры выделенных химических элементов (зерен) на изображениях частиц - удлиненность U=H/N и фактор формы C=4πS/P₂, с использованием специальной программы автоматически вычисляют по значениям принятых базовых параметров, полученные результаты сопоставляют с характеристиками типовых руд, имеющимися в ассоциативной базе данных компьютера, и по совокупности наиболее близко совпадающих технологических характеристик сравниваемых эталонных и текущих значений базовых метрик частиц относят руду к определенному типу, наиболее близкому типу в кластере данных.

2. Способ типизации рудного сырья при подготовке к обогащению по п. 1, отличающийся тем, что в случае получения неудовлетворительных результатов обогатительного процесса результаты имидж-анализа изображений корректируют путем изменения текущих значений метрических измерений частиц под объективом в пределах максимального и минимального их базовых значений.