Анотація до роботи:

Мостика Ю.С. Розвиток наукових основ кінетики мокрої високоградієнтної магнітної сепарації слабомагнітних руд. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.08 "Збагачення корисних копалин". Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2006.

Виконаний аналіз основних чинників, що визначають закономірності руху, уловлювання і накопичення слабомагнітних часток в робочих зонах ВГМ сепараторів. Отримана система диференціальних рівнянь, що описують рух слабомагнітних часток біля циліндричного феромагнітного елемента з урахуванням гравітаційних та інерційних компонент сил. Розроблена математична модель руху часток в робочій зоні ВГМ сепаратора, що враховує гравітаційну та інерційну компоненти сил, які діють на частку, і зміну гідродинамічного опору руху частки на різних ділянках траєкторії.

Розроблена модель кінетики процесу ВГМС дозволяє розрахувати основні технологічні параметри процесу сепарації і оцінювати їх зміну залежно від тривалості циклу роботи сепаратора з циклічним і безперервним режимами роботи.

Вдосконалена методика магнітного фракціонування слабомагнітних руд як способу якнайповнішого опису властивостей живлення сепаратора.

За результатами теоретичних і експериментальних досліджень створена комплексна модель для вдосконалення технології збагачення слабомагнітних руд і конструкцій розділових апаратів.

В дисертації вирішена актуальна наукова проблема встановлення закономірностей кінетики мокрого магнітного збагачення полідисперсних слабомагнітних матеріалів. Встановлення закономірностей кінетики дозволило визначати швидкість зміни основних технологічних показників сепарації, вибирати конструкцію сепаратора, і таким чином реалізувати розвиток наукових основ кінетики магнітної сепарації.

Рішення проблеми має важливе значення не тільки для створення раціональних конструкцій високоградієнтних сепараторів з мінімальною витратою матеріалів і низькою питомою енергоємністю, але і для вдосконалення існуючих і створення нових екологічно сприятливих технологій збагачення слабомагнітних руд і нерудних матеріалів.

Основні результати, висновки і рекомендації роботи полягають в наступному:

1. ВГМС є перспективним екологічно чистим методом збагачення слабомагнітних руд. Однак широке застосування цього методу стримується недостатньою теоретичною вивченістю процесу та відсутністю методик прогнозування параметрів збагачення руд з широким діапазоном крупності та магнітної сприйнятливості часток.

2. Встановлено, що на рух часток розміром понад 50мкм в робочих зонах ВГМС суттєво впливають гравітаційна та інерційна сили. Виведена система диференційних рівнянь, яка описує траєкторію руху слабомагнітних часток в магнітному полі поблизу феромагнітного циліндра. Інерційні і гравітаційні компоненти сил, діючих на частку, при виведенні рівнянь враховані вперше. Встановлено, що відносні похибки визначення зони захоплення часток, що обумовлені неврахуванням в рівняннях сили інерції і гравітаційної сили, можуть становити понад 30 %. Встановлено, що вплив гравітаційної сили на коефіцієнт уловлювання часток істотний тільки для вертикального напрямку потоку пульпи і що ступінь цього впливу зростає при наближенні швидкості потоку пульпи до швидкості витання частки.

3. При вивченні руху слабомагнітних часток поблизу циліндричних феромагнітних елементів було виявлено, що рух часток поблизу точок рівноваги сил при деяких режимах має коливальний характер. Встановлено також, що поблизу точок рівноваги сил швидкість руху часток зменшується, а їх концентрація в пульпі зростає, що впливає на формування тіла накопичення і ефективність уловлювання часток.

4. Встановлено, що швидкість руху часток відносно рідини змінюється на різних ділянках траєкторії. Режим обтікання часток змінюється від ламінарного до турбулентного (Re=0,1-1000), що суттєво впливає на траєкторію руху та розмір зони захоплення слабомагнітних часток феромагнітними елементами матриці ВГМС.

5. Кінетика процесу розділення описується на основі аналізу процесу заповнення активної частини об'єму робочої зони (області з високим значенням питомої магнітної сили) уловленим магнітним продуктом. На початковій стадії процесу сепарації, коли матриця не завантажена магнітним продуктом, коефіцієнт уловлювання може бути визначений експериментально або на основі аналізу траєкторій руху часток, одержаних аналітичним шляхом. В міру заповнення активної частини об'єму робочої зони магнітним продуктом коефіцієнт уловлювання знижується.

Розроблена математична модель кінетики розділення слабомагнітних руд з частками різної крупності і питомої магнітної сприйнятливості, яка ґрунтується на аналізі процесу уловлювання і заповнення активної частини об'єму робочої зони захопленими частками, а також враховує магнітний фракційний склад, крупність часток і пріоритет їх уловлювання елементами матриці.

6. Аналіз кінетики розділення часток в робочих зонах ВГМ сепараторів на кількісному рівні неможливий без кількісної оцінки властивостей слабомагнітних руд та нерудних матеріалів з частками широкого діапазону крупності і питомої магнітної сприйнятливості.

Запропонований і обґрунтований комплексний параметр К=R_pⁿ, який дозволяє кількісно описати властивості слабомагнітних руд в процесах мокрої магнітної сепарації і визначати пріоритет уловлювання часток в робочих зонах ВГМС.

Визначений магнітний фракційний склад і магнітні властивості ільменітових, егірін-рібєкітових, гранатових і інших руд, а також вугілля. Основні результати цих досліджень зводяться до наступного:

- для мономінеральної сировини функції розподілу часток за питомою магнітною сприйнятливостю мають характер, близький до нормального;

- для руд складного мінерального складу (наприклад, гнейси біотіт-гранатові) характерні полімодальні функції розподілу питомої магнітної сприйнятливості;

- питома магнітна сприйнятливість вугілля залежить від ступеня їх метаморфізму, а також пов'язана з вмістом золи і сірки. Цей зв’язок близький до лінійного. Питома магнітна сприйнятливість донецького вугілля низька, однак, контрастність магнітних властивостей породної та вугільної складових змінюється від 30 до 120, що свідчить про можливість застосування магнітних методів для збагачення та десульфурації вугілля.

7. При розрахунках продуктивності сепараторів необхідно враховувати кінетику процесу при визначенні тривалості часу подачі пульпи, а також тривалість перехідних процесів при наведенні і знятті магнітного поля та час протікання пульпи і води через робочу зону. Встановлено, що кінетика процесу розділення слабомагнітних мінералів в робочих зонах ВГМ сепараторів впливає на вибір типу і конструкції апарату.

Розроблений алгоритм розрахунку продуктивності сепараторів з циклічним режимом роботи і сепараторів з матрицею, що рухається. Встановлено, що раціональною областю застосування сепараторів з циклічним режимом роботи є збагачення руд і нерудних матеріалів із вмістом магнітних продуктів не більш 10-15%.

8. Визначений магнітний фракційний склад ільменітів із хвостосховища Лемненського рудника . Обґрунтована доцільність їх повторної переробки. Розроблена технологія виробництва концентратів з підвищеним вмістом ТіО₂ для виробництва електрокорунду, легованого окислами титану на ОАО „ Запорізький абразивний комбінат”.

Визначений склад, властивості і розроблена технологія збагачення біотіт-гранатових гнейсів, що забезпечила отримання гранатових концентратів, якість яких відповідає вимогам світового ринку.

На підставі результатів розрахунків і досліджень кінетики процесу ВГМС марганцевих руд розроблені рекомендації та виконана реконструкція матриці сепаратора VMS-100/2. Промислова експлуатація сепаратора на Марганецькому ГЗК показала, що модернізація матриці дозволила усунути засмічення і забивання зазорів між циліндричними елементами матриці при збереженні технологічних показників його роботи. Результати технологічних досліджень із збагачення та очищення вугілля від сірки покладені в основу обґрунтування та Постанови Кабміну №517 від 13 травня 1996 р. про створення кріомагнітних сепараторів продуктивністю 10 т/год.

Основні положення і результати дисертації опубліковані у наступних роботах:

1. Младецкий И.К., Мостыка Ю.С. Аналитическое определение показателей раскрытия руд // Системные технологии. – Днепропетровск, 1999. – 106 с.

2. Магнитная сепарация зол тепловых электростанций / И.И. Мнушкин, О.Б. Нетяга, Ю.С. Мостыка, Н.А. Темченко // Обогащение полезных ископаемых: Науч.-технич. сб. – 1990. – Вып.40. – С. 65-69.

3. Распределение минеральных примесей и органических ингредиентов в продуктах магнитного обогащения каменных углей / В.И. Лукинов, Ю.С. Мостыка, Е.А. Султанович, Е.Н. Савлук // Обогащение полезных ископаемых: Науч.-техн. сб. – 1992. – Вып.42. – С. 68-74.

4. Технология десульфурации высокосернистых углей перед их сжиганием / С.П. Высоцкий, Ю.С. Мостыка, В.А. Шулюк, В.Ю. Шутов // Электрические станции. – 1993. - № 10. - С. 53-56.

5. Расчет силовых характеристик рабочей зоны магнитного сепаратора с цилиндрическими ферромагнитными элементами / Ю.С. Мостыка, В.И. Кармазин, Л.З. Гребенюк, В.Ю. Шутов // Горн. информ.-аналит. бюл. МГГУ, М. - 1996. - № 3. – С. 56-59.

6. Младецкий И.К., Мостыка Ю.С., Шутов В.Ю. Предельные показатели магнитного обогащения // Вибрации в технике и технологиях. – 1998. - № 3. – С. 63-64.

7. Исследования влияния насыщения матрицы ВГМС на силовые характеристики магнитного поля / В.И. Кармазин, Ю.С. Мостыка, В.Ю. Шутов, Л.З. Гребенюк // Горн. информ.-аналит. бюл. МГГУ, М. – 1998. - №3. – С. 56-62.

8. Младецкий И.К., Мостыка Ю.С. Оценка предполагаемого раскрытия полиметаллических руд // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. – 1999. – Вип.3(44). – С. 98-107.

9. Мостыка Ю.С. Объемная силовая характеристика магнитного поля в рабочей зоне высокоградиентного магнитного сепаратора как критерий эффективности матриц // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 1999. – Вип.4(45). - С. 88-95.

10. Младецкий И.К., Мостыка Ю.С. Функции распределения сростков биминеральных частиц // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. – 1999. – Вип №. 6. – С. 29-35.

11. Младецкий И.К., Мостыка Ю.С., Шутов В.Ю Определение структуры обогатительной технологии // Теория и практика процессов измельчения, смешения и уплотнения. – Одесса: ОГМА, 1999. - С. 60-65.

12. Младецкий И.К., Мостыка Ю.С., Шутов В.Ю. Погрешность сухого магнитного фракционирования измельченных минералов // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. – 2000. – Вып. 9(50). – С. 47-51.

13. Парагенетические ассоциации гранатсодержащих пород центральной части Украинского щита / Е.Н. Савлук, Ю.С. Мостыка, И.В. Ахметшина, В.Ю. Шутов // Наук. вісн. НГАУ. – 2000. – № 3. – С. 19-20.

14. Младецкий И.К., Мостыка Ю.С., Ахметшина И.В. Согласование параметров высокоинтенсивного магнитного сепаратора со входным потоком // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. – 2001. – Вип.11. – С. 93-97.

15. Младецкий И.К., Мостыка Ю.С., Шутов В.Ю. Идентификация функции распределения вкрапления рудного минерала // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2001. – Вип.13(54). – С. 55-61.

16. Формирование сепарационной характеристики аппарата для исследования сростков / И.К. Младецкий., Ю.С Мостыка, И.В. Ахметшина, В.Ю. Шутов // Теория и практика процессов измельчения, смешения и уплотнения. – Одесса: ОГМА, 2002. – С.79-83.

17. Мостыка Ю.С. Кинетика мокрой высокоградиентной магнитной сепарации // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. – 2003 . – Вип №. 18(59) – С. 118-129.

18. Согласование разделительного и подготовительного процессов в обогащении полезных ископаемых / И.В. Ахметшина, И.К. Младецкий., Ю.С. Мостыка, В.Ю. Шутов // Теория и практика процессов измельчения, смешения и уплотнения. – Одесса: ОГМА, 2003. – С.15-19.

19. Karmazin V.I., Mostyka Yu.S., Savluk E.N. Investigation of the removal of ash, sulphur and other contaminants from coal by wet magnetic separation // Magnetic and Electrical Separation – Vol. 6. – 1995 - Pp 1-18.

20. About the Equations of Motion of a Magnetic Particle in a Magnetic Separator / Yu.S. Mostyka, V.I. Karmazin, V.Yu. Shutov, L.Z. Grebenyuk // Magnetic and Electrical Separation. – 1999. – Vol. 10. – P.35-44.

21. The assessment of the applicability of a model of noninertial motion of a particle in a magnetic separator / Yu.S. Mostyka, V.I. Karmazin, V.Yu. Shutov, L.Z. Grebenyuk // Magnetic and Electrical Separation. –Vol. 10. –2000. – P.73-83.

22. Features of motion of a paramagnetic particles near the equilibrium points of the work zone of the magnetic separator / Yu.S. Mostyka, V.I. Karmazin, V.Yu. Shutov, L.Z. Grebenyuk // Magnetic and Electrical Separation. –Vol. 11(3). –2002. – P.169-188.

23. Mostyka Yu.S., Shutov V.Yu., Grebenyuk L.Z. Analysis of the influence of the neighbouring elements in an HGMS matrix on the magnetic field distribution in the vicinity of the element// Physical Separation in Science and Engineering. –Vol. 13, No.2, June 2004. – pp. 69-78.

24. Мостика Ю.С., Младецький І.К., Шутов В.Ю., Ахметшина І.В. Патент України № 51310 А від 15.11.2002. Бюл.№ 11. Сепаратор мінеральних сумішей.

25. А. с. 1685525 СССР МКИ, Высокоградиентный магнитный сепаратор / Авт. изобр. Кармазин В.И., Мостыка Ю.С., Султанович Е.А. – Опубл. в Б. И., 1991,

№ 39.

26. Мостыка Ю.С. Магнитное фракционирование и исследование обогатимости золото- и серебросодержащих пород Белозерской зеленокаменной структуры // Вибрации в технике и технологиях. - 1998 - № 3. - С. 61-63.

27. Ахметшина И.В., Младецкий И.К., Мостыка Ю.С. Моделирование силы защемления нерудных частиц при магнитной флокуляции // Вибрации в технике и технологиях. - 1998 - № 3. - С. 64-65.

28. Младецкий И.К., Мостыка Ю.С. Извлечение зерен с включением // Збагачення корисних копалин: Науч.-техн. зб. – 1999. – Вип.3(44). – С. 111-113.

29. Selection of an Expression for the Hydrodynamic Drag on a Particle in a Magnetic Separator / Yu.S. Mostyka, V.I. Karmazin, V.Yu. Shutov, L.Z. Grebenyuk // Magnetic and Electrical Separation. –Vol. 10. – 1999. – P.45-55.

30. Определение верхнего целесообразного уровня магнитной индукции в рабочей зоне высокоградиентного магнитного сепаратора / Ю.С. Мостыка, Л.Г. Гребенюк, В.Ю. Шутов, И.В. Ахметшина // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2003. - Вип №. 18(59) – С. 130-136.

31. Ахметшина И.В., Мостыка Ю.С., Шутов В.Ю. Оценка ожидаемых показателей обогащения полевошпатового сырья в условиях неполного раскрытия // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. – 2003. – Вип №. 18(59) – С. 136-143.

32. Мостыка Ю.С., Султанович Е.А., Савлук Е.Н. Исследование технологии обогащения техногенного месторождения редкометальных песков // Материалы всесоюз. совещ. «Минерально-сырьевые ресурсы и их комплексное освоение». - Сарапул, 1989. – С. 43-44.

33. Мостыка Ю.С., Султанович Е.А., Савлук Е.Н. Исследование десульфурации энергетических углей в сильных магнитных полях // Материалы науч. конф. «Проблемы разработки, создания и использования сепараторов с высокоинтенсивными магнитными полями для обогащения полезных ископаемых». – М., 1989. – С. 45-47.

34. Мостыка Ю.С., Султанович Е.А., Савлук Е.Н. Десульфурация энергети-ческих углей в сильных магнитных полях // Материалы Х Всесоюзн. науч. конф. «Физические процессы горного производства». - Москва, 1990. – С. 19-20.

35. Обогащение шламов и каолинсодержащих отходов Иршанского ГОКа / Ю.С. Мостыка, Е.А. Султанович, Е.Н. Савлук, И.М. Чеберячко // Материалы науч. конф. «Эффективные технологии, способы и средства, обеспечивающие современные требования к экологии при разработке месторождений полезных ископаемых». – Луганск, 1990. – С. 152.

36. Eishinskiy A.M., Mostika Yu.S. The solution of differential equation of particle motion in magnetic separation - INTERMAG-95. – San-Antonio, USA. – P.131-135.

37. Глубокая десульфурация энергетических углей в процессе их высокоградиентоной магнитной сепарации / Ю.С. Мостыка, Е.А. Султанович, Е.Н. Савлук, Ю.М. Исаев // Материалы науч. конф. «Эффективные технологии, способы и средства, обеспечивающие современные требования к экологии при разработке месторождений полезных ископаемых». – Луганск, 1990. – С. 111-112.

38. Десульфурация энергетических углей методом высокоградиентной магнитной сепарации / Ю.С. Мостыка, Е.Н. Савлук, И.М. Чеберячко, М.А. Панкова // Материалы науч. тех. конф. «Экологические проблемы горного производства». – М., 1993. – С. 143.

39. Мостыка Ю.С., Шутов В.Ю., Ахметшина И.В. Разработка математической модели процесса улавливания слабомагнитных частиц в шаровой рабочей зоне ВГМС // Труды II междунар. конф. «Теория и практика процессов измельчения, смешения и уплотнения». – Одесса: ОГМА, 1994. – С. 43-47.

40. Мостыка Ю.С., Шутов В.Ю., Гребенюк Л.З. Расчет траектории движения частиц в рабочей зоне магнитного сепаратора // Материалы V науч. конф. «Прикладные проблемы механики жидкости и газа». – Севастополь: СГТУ, 1996. – С. 57-58.

41. Шутов В.Ю., Мостыка Ю.С., Гребенюк Л.З. Оценка влияния зависимости магнитной восприимчивости минералов от напряженности магнитного поля на эффективность магнитной сепарации // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «XXI столетие – проблемы и перспективы освоения месторождений полезных ископаемых». – Днепропетровск, 1998. - С. 167-172.

42. Шутов В.Ю., Мостыка Ю.С., Ахметшина И.В. Экспериментальная сверхпроводящая сепарационная установка для обогащения руд и очистки нерудных материалов // Труды YI междунар. конф. «Теория и практика процессов измельчения, смешения и уплотнения». – Одесса: ОГМА, 1998. - С. 46-49.

43. Младецкий И.К., Мостыка Ю.С., Шутов В.Ю Стадиальное выделение концентрата и хвостов // Труды YII междунар. конф. «Теория и практика процессов измельчения, смешения и уплотнения». – Одесса: ОГМА, 1999. – С. 65-69.

44. Investigation of separation of fine materials in strong magnetic fields / Y.Mostyka, V.Shutov, L.Grebenuk, I.Ahmetshina // International Symposium on Processing of Fines. - Jamshedpur. – India.- 2000. – Р.5-6.

Особистий вклад автора в роботах, які надруковані з співавторами:

[2, 3, 4, 27 - 30] – постановка задач, розробка методики досліджень, участь в теоретичних і експериментальних дослідженнях, аналіз результатів по магнітному очищенню вугілля; [5, 14, 31] – методика розрахунків, розробка конструкції апарату; [19 - 23] – розробка диференційних рівнянь та математичних моделей руху часток в робочих зонах сепараторів та участь в теоретичних і експериментальних дослідженнях; [1, 6, 7, 10-13, 15,16,32-44] – постановка наукових задач, розробка теоретичних підходів, участь в теоретичних дослідженнях, аналіз результатів.