Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование процессов дезинтеграции прочных горных пород с целью снижения энергозатрат и выпуска дополнительной продукции при переработке и обогащении руд и техногенного сырья

Номер контракта: 14.574.21.0108

Руководитель: Шегельман Илья Романович

Должность руководителя: Советник при ректорате

Докладчик: Каменева Елена Евгеньевна, Доцент кафедры

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петрозаводский государственный университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
технология дезинтеграции, руда, горные породы, снижение энергоемкости, получение продукции требуемого качества.

Цель проекта:
Проект направлен на решение проблемы повышения эффективности освоения месторождений бедных и труднообогатимых руд за счет вовлечения в промышленную эксплуатацию вскрышных и вмещающих пород с получением дополнительных видов товарной продукции, обеспечивающих достижение требуемого уровня рентабельности при разработке месторождений. Цель проекта – исследование и разработка научно-технических основ и технологий дезинтеграции прочных горных пород для снижения энергозатрат и выпуска дополнительной продукции при переработке техногенного сырья.

Основные планируемые результаты проекта:
Новый подход к исследованию структур горных пород, основанный на привлечении метода рентгеновской компьютерной микротомографии для визуализации внутренней микроструктуры исследуемого материала, получении количественных значений параметров структуры порового пространства, выявлении особенностей изменения структуры порового пространства и минерального вещества при воздействии механических нагрузок;
Установка различий в структуре порового пространства пород различных генетических типов, получены количественные и статистические значения параметров структуры порового пространства: размеров, сферичности, коэффициента формы, сообщаемости, концентрации, удельной поверхности и объема пор оценено их влияние на прочностные свойства пород;
Выявление механизма деформации горных пород при механических нагрузках, заключающийся в частичном смыкании первичных пор и последующем разуплотнении породы при превышении прилагаемых напряжений предела упругости, что выражается в появлении новых пор, формирующих трещину разрушения;
Определение особенностей изменения структуры порового пространства горных при воздействии и знакопеременных температурных нагрузок;
Обоснование возможности повышения прочностных характеристик щебня, теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что прочностные свойства и его способность сопротивляться знакопеременным температурным нагрузкам может быть повышена за счет снижения вторичной пористости, оптимизации зернового состава данной фракции щебня и повышения кубовидности
Обоснование конструктивных особенностей и разработка усовершенствованной экспериментальной модели щековой дробилки, обеспечивающей возможность регулировки дробящего усилия в зависимости от физико-механических свойств дробимого продукта за счет дополнительного вибрационного воздействия и совершенствования конструкции камеры дробления.
Разработка рекомендаций по переработке вскрышных и вмещающих пород горных пород различных генетических типов, характеризующихся различным вещественным составом, текстурно-структурными особенностями и физико-механическими свойствами, и обеспечивающей ресурсосбережение, снижение энергетических затрат и выпуск дополнительной продукции, в том числе щебня по фракциям;
Технико-экономическая оценка разработанных технологических решений на примере промышленно разрабатываемого месторождения.
Разработка технических требований и предложений по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики;
Разработка проекта технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка технологии переработки вскрышных и вмещающих пород рудных месторождений цветных и благородных металлов».

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
На основании полученных теоретических исследований разрабатывается методология исследования горных пород, включая:
а) методику исследования структур горных пород и механизма их разрушения на микроуровне с применением метода рентгеновской компьютерной микротомографии;
б) методику исследования вещественного состава, текстурно-структурных особенностей и физико-механических свойств горных пород;
в) методику испытаний качества щебня, полученного в результате переработки горных пород различных генетических типов, с применением метода рентгеновской компьютерной микротомографии.
г) прототипы новых технических и технологических решений прикладной научно-технических проблемы разработки новых методов дезинтеграции горных пород, учитывающих их текстурно-структурные особенности и физико-механические свойства.
Разрабатываемые методики обеспечат:
- получение количественных оценок дефектности микроструктуры;
- получение визуальной картины пространственного распределения дефектов микроструктуры в объеме исследуемых образцов;
- возможность статистической обработки полученных данных с получением теоретических зависимостей и закономерностей;
- получение данных, позволяющих исследовать процесс разрушения в динамике;
- возможность обоснования механизма энергетически выгодного разрушения по межфазным границам;
- уточненную технологическую оценку горных пород;
- уточненную оценку качества выпускаемой продукции;
- контроль качества выпускаемой продукции;
- выбор направления использования выпускаемой продукции.
Разработка усовершенствованной экспериментальной установки щековой дробилки обеспечит возможность регулировки дробящего усилия в зависимости от физико-механических свойств дробимого продукта за счет дополнительного вибрационного воздействия и совершенствования конструкции камеры дробления.
Новый подход к исследованию свойств руд и горных пород, с использованием метода рентгеновской компьютерной микротомографии, получением количественных значений параметров структуры и выявлением механизма разрушения, обеспечит выход на энергетически выгодные способы дезинтеграции применительно к рудам и породам различных текстурно-структурных типов.
Новый качественный уровень исследований позволяет прогнозировать вовлечение в эксплуатацию новых объектов минерально-сырьевой базы за счет вовлечения в эксплуатацию вскрышных и вмещающих пород с получением дополнительных товарных продуктов, обеспечивающих достижение требуемого уровня рентабельности при разработке месторождений.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты исследований могут быть использованы в области горных наук и горного дела, при решении задач вовлечения в эксплуатацию новых месторождений бедных и труднообогатимых руд, при проектировании дробильно-сортировочных комплексов по переработке строительных горных пород и дробильных цехов обогатительных фабрик, при выполнении опытно-конструкторских и опытно-технологических работ по созданию энерго- и ресурсосберегающих технологий дезинтеграции.
Возможным потребителями ожидаемых научно-технических результатов могут быть научные организации, проводящие исследования в области прочности и разрушения твердых тел, структур и процессов дезинтеграции руд и горных пород, проектные организации, горно-обогатительные и горно-металлургические комбинаты, промышленные предприятия по производству щебня камня из горных пород.
В реальном секторе экономики результаты исследований могут быть использованы для модернизации и технического перевооружения горно-обогатительных и горно-металлургических комбинатов и предприятий, осуществляющих дробление горных пород, с целью повышения энергоэффективности и качества конечной товарной продукции.
Практическое внедрение планируемых результатов и перспективы их использования связано с разработкой технологических регламентов на изготовление продукции, включая щебень по фракциям, при переработке вскрышных и вмещающих горных пород различных генетических типов, разработкой технических рекомендаций по переработке вскрышных и вмещающих пород горных пород различных генетических типов и их использованием на горных предприятиях, в частности с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.
Позитивное влияние планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений в горнопромышленном комплексе России обусловлено новым качественным уровнем решения поставленных задач, позволяющим прогнозировать вовлечение в эксплуатацию новых объектов минерально-сырьевой базы за счет вовлечения в эксплуатацию вскрышных и вмещающих пород с получением дополнительных товарных продуктов, обеспечивающих достижение требуемого уровня рентабельности при разработке месторождений бедных и труднообогатимых руд.
Внедрение разрабатываемой технологии обеспечит следующие эффекты от внедрения:
- снижение энергоемкости производства щебня,
- повышение комплексности использования минерального сырья,
- получение дополнительной востребованной рынком продукции.

Возможными формами коммерциализации полученных результатов являются:
- заказные исследования предприятий по оценке свойств горных пород и качества выпускаемого щебня;
- инженерные услуги по реализации технологий переработки горных пород;
- консультативные услуги при проектировании дробильно-сортировочных комплексов и установок для машиностроительных предприятий;
- продажа лицензий на сформированные в ходе выполнения проекта объекты интеллектуальной собственности.

Текущие результаты проекта:
Текущие результаты ПНИ:
- выполнены теоретические исследования структур горных пород и механизма их разрушения на микроуровне, исследование вещественного состава, текстурно-структурных особенностей и физико-механических свойств горных пород, исследование качества щебня, полученного в результате переработки горных пород различных генетических типов;В основу разработанных лабораторных технологических регламентов заложены теоретические и экспериментальные исследования их вещественного состава, текстурно-структурных особенностей и физико-механических свойств.
- разработаны лабораторные технологические регламенты на получение образцов конечных продуктов дезинтеграции – щебня по фракциям – на усовершенствованной экспериментальной установке с целью ее апробации;
- обоснован состав экспериментальной лабораторной установки для дезинтеграции горных пород и разработана ее эскизная конструкторская документация;
- разработана математическая модель технологии дезинтеграции горных пород, которая позволяет осуществить расчет технико-экономических показателей, а также обосновать параметры щековой дробилки при дезинтеграции различных типов горных пород: гранитов, габбро-диабазов, гнейсов;
- разработаны программа и методики экспериментальных исследований, в том числе: а) структур горных пород и механизма их разрушения на микроуровне с применением метода рентгеновской компьютерной микротомографии; б) вещественного состава, текстурно-структурных особенностей и физико-механических свойств горных пород различных генетических типов. в) качества щебня, полученного в результате переработки горных пород различных генетических типов с применением метода рентгеновской компьютерной микротомографии.
- выполнены экспериментальные исследования в соответствии с разработанной «Программой и методиками экспериментальных исследований», в том числе: а) структур горных пород и механизма их разрушения на микроуровне с применением метода рентгеновской компьютерной микротомографии; в) вещественного состава, текстурно-структурных особенностей и физико-механических свойств горных пород различных генетических типов;
- осуществлена оценка РИД, полученных при выполнении ПНИ, с целью их вовлечения в хозяйственный оборот. Определено, что в рамках ПНИ сформулированы новые объекты интеллектуальной собственности – технические решения с оригинальной конструкций, позволяющих повысить производительность дробления и снижения времени простоя. Выявлена мировая новизна, а разработанные решения рекомендованы к патентованию;
- в рамках работ по освещение и популяризацию промежуточных и окончательных результатов ПНИ принято участие по представлению результатов проекта в Международной технической ярмарке в г. Пловдив (Болгария);
- научные результаты работы опубликованы в изданиях «Горный журнал» и «Обогащение руд», входящих в индекс цитирования Scopus.