Методика выбора управляющих решений при оптимизации технологических режимов переработки железорудного сырья с использованием электромагнитных воздействий

Цель исследования. В работе рассмотрен процесс селективного предразрушения межфазовых границ в железных рудах при использовании магнитно-импульсной обработки. 

Методы. При анализе напряженно-деформированного состояния и вязкого разрушения выявлено относительное сходство критериев разрушения в основных минералах железных руд за счет магнитно-стрикционного деформирования зерен магнетита. Установлено, что прочность и вязкость разрушения магнетита превышает аналогичные свойства кальцитов, входящих в состав скарновых железных руд, прочность и вязкость разрушения кварца превышает аналогичные свойства магнетита. Выявлено различие в характере разрушения скарновых руд и железистых кварцитов. 

Результаты. Сформулирован критерий оценки степени разупрочнения межфазовых границ в железных рудах за счет магнитно-импульсного воздействия на основе вероятностного подхода. Произведена теоретическая оценка степени селективного разупрочнения железных руд при магнитно-импульсной обработке с учетом прочностных и магнитно-стрикционных свойств магнетита. 

Приведены результаты экспериментов наноиндентирования межфазовых границ до и после магнитно-импульсной обработки. 

Заключение. Путем анализа длин развивающихся микротрещин под воздействием наноиндентера выявлена возможность снижения вязкости разрушения после магнитно-импульсной обработки железной руды.

1. Mine operating costs and the potential impacts of energy and grinding / James A. Curry, Mansel J. L. Ismay, Graeme J. Jameson // Minerals Engineering. 2014. 56: 70-80. DOI: 10.1016/j.mineng.2013.10.020.

2. Improving the control system of concentration plants based on express control of dissemination of magnetic minerals / A. Chumakov, V. Prischepov, K. Melekhina, A. Ivannikov // 2021, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 684 012005. DOI: 10.1088/1755-1315/684/1/012005.

3. Litvinenko V. S., Tsvetkov P. S., Molodtsov K. V. The social and market mechanism of sustainable development of public companies in the mineral resource sector // Eurasian Mining. 2020(1). Рр. 36–41. DOI: 10.17580/em.2020.01.07.

4. Обеспечение экологической безопасности при внедрении ресурсовозобновляемых технологий / М. М. Хайрутдинов, П. А. Каунг, З. Я. Чжо, Ю. С. Тюляева // Безопасность труда в промышленности. 2022. № 5. С. 57-62. DOI: 10.24000/0409-29612022-5-57-62.

5. Современные тенденции технического прогресса в переработке железных руд / Т. И. Юшина, Е. Л. Чантурия, А. М. Думов, А. В. Мясков // Горный журнал. 2021. № 11. С. 75–83. DOI: 10.17580/gzh.2021.11.10.

6. Clout J. M. F., Manuel J. R. Mineralogical, chemical, and physical metallurgical characteristics of iron ore. Iron Ore: Mineralogy, Processing and Environmental Sustainability, 2021, р. 59–108. DOI: 10.1016/B978-0-12-820226-5.00012-4.

7. Express determination of the grain size of nickel-containing minerals in ore material / A. Ivannikov, A. Chumakov, V. Prischepov, K. Melekhina // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38. Part 4. Pp. 2059-2062. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.141.

8. Gutsche O., Fuerstenau D. W. Influence of Particle Size and Shape on the Comminution of Single Particles in a Rigidly Mounted Roll Mill // Powder Technology. 2004. 143– 144. 186–195. DOI: 10.1016/j.powtec.2004.04.013.

9. Comminution modeling using mineralogical properties of iron ores / A. Mwanga, M. Parian, P. Lamberg, J. Rosenkranz // Minerals Engineering. 2017, 111, 182-197. DOI: 10.1016/j.mineng.2017.06.017.

10. Моделирование и оптимизация процесса рудоподготовки комплексных руд при их дезинтеграции в мельнице самоизмельчения / К. А. Мелехина, П. П. Ананьев, А. В. Плотникова, А. С. Тимофеев, С. А. Шестак // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 10. С. 95–105. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-10-0-95-105.

11. Usov A., Tsukerman V. Prospective of electric impulse processes for the study of the structure and processing of mineral raw materials // Developments in Mineral Processing. 2000. 13: 8-15. DOI: 10.1016/S0167-4528(00)80008-3.

12. Бабич А. В., Винников В. А. Экспериментальные исследования структурных изменений минеральных зерен пиритосодержащих руд в СВЧ полях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 6. С. 106–114. DOI: 10.25018/0236-14932019-06-0-106-114.

13. On the issue of typical grain size assessment by the methods of broadband laser optoacoustics / A. Kravcov, A. Konvalinka, V. A. Vinnikov, E. A. Ertuganjva, I. A. Shibaev, P. N. Ivanov // Key Engineering Materials. 2017. 755. Рр. 212–218. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.755.212.

14. Kuskov V. B., Lvov V. V., Yushina T. I. Increasing the recovery ratio of iron ores in the course of preparation and processing // CIS Iron and Steel Review. 2021. Vol. 21. № 1. Pр. 4—8. DOI: 10.17580/cisisr.2021.01.01.

15. Jankovic A. Comminution and classification technologies of iron ore. Iron Ore: Mineralogy, Processing and Environmental Sustainability. 2021. Рр. 269 – 308. DOI: 10.1016/B978-0-12-820226-5.00013-6.

16. Selective disintegration justification based on the mineralogical and technological features of the polymetallic ores / T., Aleksandrova N. Nikolaeva, A. Afanasova, A. Romashev, V. Kuznetsov // Minerals. 2021. 11(8), 851. DOI: 10.3390/min11080851.

17. Пелевин А. Е. Использование результатов фазового состава магнетитовой руды для прогнозирования выхода концентрата // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 5—1. С. 131—144. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_51_0_131.

18. Головин Ю. И., Моргунов Р. Б., Иванов В. Е. Термодинамические и кинетические аспекты разупрочнения ионных кристаллов импульсным магнитным полем // Физика твердого тела. 1997, 39 (11): 2016-2018.

19. Ананьев П. П., Гридин О. М, Самерханова А. С. Взаимосвязь свойств и электромеханическая чувствительность природных минералов // Горный информационноаналитический бюллетень. 2008, 5: 184-189.

20. Плотникова А. В. Ресурсосберегающая технология переработки труднообогатимых руд на основе магнитно-импульсного воздействия // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2013, 9: 69-70. DOI: 10.17073/0368-0797-2013-9-69-70.

21. Каркашадзе Г. Г. Механическое разрушение горных пород. М.: МГГУ, 2004. 222.

22. Winiarski B., Guz I. A. The effect of cracks interaction for transversely isotropic layered material under compressive loading // Finite Elements in Analysis and Design. 2008. 44 (4): 197-213. DOI:10.1016/j.finel.2007.11.021.

23. Биленко Л. Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах. М.: Недра, 1984. 200 с.

24. Lojkowski W., Fecht H. J. The structure of intercrystalline interfaces // Progress in Materials Science. 2000. 45 (5–6): 339-568. DOI: 10.1016/s0079-6425(99)00008-0.

25. Arutyunyan A. R., Arutyunyan R. A. Application of the Fracture Mechanics and Reliability Methods to the Fatigue Problem // Procedia Materials Science. 2014. 3: 1291-1297. DOI: 10.1016/j.mspro.2014.06.209.

26. Гончаров С. А., Ананьев П. П., Иванов В. Ю. Разупрочнение горных пород под действием импульсных электромагнитных полей. М.: МГГУ, 2006. 91 с.

27. Гридин О. М., Гончаров С. А. Электромагнитные процессы. М.: МГГУ, 2009. 498 с.

28. Шатемиров Д. К., Тилегенов К. Т. Особенности акустической эмиссии при релаксации горных пород // Вестник КРСУ. 2006. 6 (7): 51-55.

29. Лавров А. В., Шкуратник В. Л., Филимонов Ю. Л. Акусто-эмиссионный эффект памяти в горных породах. М., 2004. 456 p.

30. Разупрочнение межфазных границ железистых кварцитов под влиянием магнитно-импульсной обработки / А. И. Тюрин, А. М. Купряшкин, П. П. Ананьев, С. В. Ермаков, А. В. Плотникова // Вестник Тамбовского университета. Естественные и технические науки. 2013. 18 (4). C. 1699-1700.

31. Исследование прочностных свойств отдельных фаз и межфазных границ сложных многофазных материалов на примере горных пород / А. И. Тюрин, С. Д. Викторов, А. Н. Кочанов, А. В. Шуклинов, Т. С. Пирожкова, И. А. Шуварин, А. А. Самодуров // Вестник Тамбовского университета. Естественные и технические науки. 2016. 21 (3): 1368-1374. DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1368-1374.

32. Осипова Н.В., Ананьев П.П. Исследование модели функционирования измельчительного комплекса с применением импульсной электромагнитной обработки руды // Научный вестник Московского государственного горного университета. 2012, 8: 98-102.